RU2653099C1 - Laser interferometric bottom seismograph - Google Patents
Laser interferometric bottom seismograph Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653099C1 RU2653099C1 RU2017129648A RU2017129648A RU2653099C1 RU 2653099 C1 RU2653099 C1 RU 2653099C1 RU 2017129648 A RU2017129648 A RU 2017129648A RU 2017129648 A RU2017129648 A RU 2017129648A RU 2653099 C1 RU2653099 C1 RU 2653099C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- laser
- optical
- seismograph
- bottom seismograph
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 claims description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
- G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
- G01V1/186—Hydrophones
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
- G01V1/3808—Seismic data acquisition, e.g. survey design
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
- G01V1/3843—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers
- G01V1/3852—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers to the seabed
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Oceanography (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для измерения микродеформаций земной коры на дне морей и океанов и изучения пространственно-временной структуры геофизических полей инфразвукового и звукового диапазонов.The invention relates to the field of geophysics and can be used to measure microdeformations of the earth's crust at the bottom of the seas and oceans and to study the spatio-temporal structure of geophysical fields of the infrasound and sound ranges.
Одним из наиболее распространенных средств регистрации сейсмических сигналов на морском дне являются сейсмические стримеры (СССР а.с. №1012168, США п. №4477887, США п. №8493815). Конструктивно сейсмическая коса представляет собой ряд геофонов или гидрофонов, соединенных между собой кабелем. Данная укладывается на дно акватории с борта специального судна, при этом получаемые ее данные по кабелю передаются на судно для последующей обработки. Одним из недостатков таких устройств является невозможность обеспечения жесткого контакта чувствительных элементов косы с дном, что приводит довольно сильному искажению получаемых результатов. Помимо этого большинство сейсмических кос строятся на основе геофонов пьезоэлектрического типа, которые имеют хорошие измерительные характеристики при измерении процессов звукового диапазона, но при этом имеют очень низкую эффективность на частотах ниже 1 Гц. Также к недостаткам использования таких устройств можно отнести неудобство эксплуатации, необходимость в использовании судна и т.д.One of the most common means of recording seismic signals on the seabed is seismic streamers (USSR AS No. 1012168, USA No. 4477887, USA No. 8493815). Structurally, a seismic streamer is a series of geophones or hydrophones interconnected by a cable. This is laid at the bottom of the water area from the side of a special vessel, while its data is transmitted via cable to the vessel for further processing. One of the disadvantages of such devices is the impossibility of providing hard contact between the sensitive elements of the braid and the bottom, which leads to a rather strong distortion of the results. In addition, most seismic streamers are built on the basis of piezoelectric type geophones, which have good measuring characteristics when measuring the sound range processes, but at the same time have very low efficiency at frequencies below 1 Hz. Also, the disadvantages of using such devices include the inconvenience of operation, the need to use a vessel, etc.
Другой ряд устройств разрабатываемых для регистрации сейсмических вол, распространяющихся по дну акваторий, представляют собой разнообразные донные сейсмографы (США п. №4463451, ЕР п. №1217390, РФ п. №76142). Данные системы строятся в основном на основе пьезокерамических чувствительных элементов, что существенно ограничивает их чувствительность и динамический диапазон при измерениях на частотах ниже 1 Гц. Также к недостаткам данных систем можно отнести то, что большинство из них не предназначено для получения данных в реальном времени.Another series of devices developed for recording seismic waves propagating along the bottom of the water area are a variety of bottom seismographs (USA, item No. 4463451, EP, item No. 1217390, RF, item No. 76142). These systems are built mainly on the basis of piezoceramic sensitive elements, which significantly limits their sensitivity and dynamic range when measured at frequencies below 1 Hz. Also, the disadvantages of these systems include the fact that most of them are not designed to receive data in real time.
Помимо этого известны попытки создания донных сейсмографов с чувствительным элементом, выполненным на основе оптического волокна. Например, в работе п. CN 101799555 описана система, состоящая из сферической камеры, в которой находится центральный груз с присоединенными к нему волоконно-оптическими акселерометрами. Груз удерживается в центре основной сферической камеры при помощи эластичных подвесов. Главная камера установлена в металлический каркас, который служит для передачи колебаний от дна к сейсмографу. Сигналы от сейсмографа передаются к регистрирующему устройству с помощью волоконно-оптического кабеля. Однако в связи с сильной зависимостью параметров волокна от вариаций температуры эти устройства имеют существенные погрешности измерений при работе на низких частотах, а также узкий динамический диапазон.In addition, attempts to create bottom seismographs with a sensitive element made on the basis of optical fiber are known. For example, in the work of paragraph CN 101799555, a system is described consisting of a spherical chamber in which there is a central load with fiber-optic accelerometers attached to it. The load is held in the center of the main spherical chamber by means of elastic suspensions. The main camera is installed in a metal frame, which serves to transmit vibrations from the bottom to the seismograph. Signals from the seismograph are transmitted to the recording device using a fiber optic cable. However, due to the strong dependence of the fiber parameters on temperature variations, these devices have significant measurement errors when operating at low frequencies, as well as a narrow dynamic range.
Одним из наиболее близких по технической сущности к заявленной полезной модели является донный лазерный сейсмограф, описанный в п. РФ №133946 U1. Прибор выполнен в виде двух герметичных камер с плоским основанием, которые соединены между собой световодом. В первой камере находится оптическая система, выполненная по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона, включающая полупроводниковый лазер, коллиматор, делительную пластину, два юстировочных зеркала на пьезокерамических цилиндрах и поворотные зеркала, а во второй - отражатель, который является чувствительным элементом установки. Камеры жестко связаны между собой, а их основания снабжены грунтозацепами. В процессе работы колебания донного грунта вызывают колебания величины расстояния между отражателем и оптической системой, что приводит к колебаниям яркости интерференционной картины, созданной в оптической системе. Данное изменение яркости снимается фотодетектором и передается в цифровую систему регистрации, которая формирует выходной сигнал системы, который по кабельным линиям передается в береговой пункт наблюдения. Такой способ измерений теоретически позволяет измерять колебания донного грунта с точностью до 0.03 нм в диапазоне частот условно от 0 до 1000 Гц. Однако на практике данная установка имеет серьезные недостатки. Первый - это жесткая связь между камерами, которая необходима для сохранения качества интерференционной картины, при установке прибора на дно. При этом чем больше эта жесткость, тем лучше стабильность интерференции. Однако жесткая связь между отражателем и оптической системой существенно ограничивает чувствительность установки. Помимо этого чувствительность зависит и от длины световода - чем он длине, тем она выше. Данное обстоятельство существенно ограничивает применимость установок такого типа, поскольку задача создания интерферометра длинною несколько метров с жесткостью достаточной для сохранения интерференционной картины, при последующем размещении всей системы на дне, невероятна сложна. Также стоит отметить, что данная конструкция измерительной системы в большей степени предназначена для регистрации горизонтальной составляющей колебаний грунта, она, конечно, будет регистрировать вертикальные колебания, но чувствительность к ним у нее значительно ниже, чем к горизонтальным. В то же время наиболее информативной составляющей при изучении микросейсм является как раз вертикальная составляющая.One of the closest in technical essence to the claimed utility model is a bottom laser seismograph described in clause RF No. 133946 U1. The device is made in the form of two sealed chambers with a flat base, which are interconnected by a light guide. In the first chamber, there is an optical system made according to the scheme of a non-equal Michelson interferometer, including a semiconductor laser, a collimator, a dividing plate, two alignment mirrors on piezoceramic cylinders and rotary mirrors, and in the second there is a reflector, which is a sensitive element of the setup. The cameras are rigidly interconnected, and their bases are equipped with lugs. During operation, vibrations of the bottom soil cause fluctuations in the distance between the reflector and the optical system, which leads to fluctuations in the brightness of the interference pattern created in the optical system. This change in brightness is recorded by a photodetector and transmitted to a digital registration system, which generates an output signal from the system, which is transmitted via cable lines to a coastal observation point. This measurement method theoretically allows you to measure vibrations of the bottom soil with an accuracy of 0.03 nm in the frequency range conventionally from 0 to 1000 Hz. However, in practice, this installation has serious drawbacks. The first is the rigid connection between the cameras, which is necessary to maintain the quality of the interference pattern when the device is installed at the bottom. Moreover, the greater this rigidity, the better the stability of interference. However, the rigid connection between the reflector and the optical system significantly limits the sensitivity of the setup. In addition, the sensitivity depends on the length of the fiber - the longer it is, the higher it is. This circumstance significantly limits the applicability of installations of this type, since the task of creating an interferometer several meters long with a rigidity sufficient to maintain the interference pattern, with the subsequent placement of the entire system at the bottom, is incredibly difficult. It is also worth noting that this design of the measuring system is more designed to register the horizontal component of soil vibrations, of course, it will record vertical vibrations, but its sensitivity to them is much lower than to horizontal ones. At the same time, the most informative component in the study of microseisms is just the vertical component.
Техническая проблема состоит в расширении ассортимента донных лазерно-интерференционных измерителей микродеформаций земной коры.The technical problem consists in expanding the assortment of bottom laser-interference meters for microdeformations of the earth's crust.
Технический результат - повышение чувствительности к вертикальной составляющей микросмещений земной коры в инфразвуковом диапазоне частот, устойчивость интерференционной картины к эксплуатационным нагрузкам, уменьшение размеров и повышение эксплуатационной надежности.EFFECT: increased sensitivity to the vertical component of the Earth's crust micro displacements in the infrasonic frequency range, stability of the interference pattern to operational loads, reduction in size, and increased operational reliability.
Данная проблема решается предлагаемой конструкцией донного сейсмографа, герметичный корпус которого содержит систему компенсации давления, оптическую скамью с установленными на ней оптической системой, выполненной по схеме интерферометра Майкельсона, соединенную с цифровой системой регистрации, одно из оснований корпуса снабжено гермовводом, а другое - съемной крышкой, состоящей из жестко соединенных основного и прижимного фланцев с внутренним диаметром меньше диаметра корпуса, между которыми расположена мембрана с закрепленным в центре на обращенной внутрь корпуса стороне зеркалом, при этом основной фланец выполнен с возможностью установки на его поверхности оптической скамьи и снабжен оптическим окном, образующим между окном и мембраной компенсационную камеру для компенсации внешнего давления, а наружная поверхность прижимного фланца снабжена съемной эластичной накладкой с отверстиями, с образованием между накладкой и внутренней поверхностью мембраны защитной камеры для обеспечения контакта мембраны с поверхностью грунта.This problem is solved by the proposed design of the bottom seismograph, the sealed enclosure of which contains a pressure compensation system, an optical bench with an optical system mounted on it, made according to the Michelson interferometer scheme, connected to a digital recording system, one of the housing bases is equipped with a pressure seal, and the other has a removable cover, consisting of rigidly connected main and clamping flanges with an inner diameter less than the diameter of the housing, between which there is a membrane with a fixed the center on the side facing the inside of the case with a mirror, while the main flange is configured to mount an optical bench on its surface and is equipped with an optical window forming a compensation chamber between the window and the membrane to compensate for external pressure, and the outer surface of the pressure flange is equipped with a removable elastic cover with holes, with the formation between the patch and the inner surface of the membrane of the protective chamber to ensure contact of the membrane with the surface of the soil.
За счет предложенной компактной жесткой конструкции, в которой эталонное плечо изолировано от воздействия колебаний грунта, а оптическая система и ее чувствительный элемент находятся в одном корпусе и не разделены между собой световодом, в заявляемом сейсмографе достигается устойчивая к эксплуатационным нагрузкам интерференционная картина, а чувствительность прибора оказывается независимой от размеров сейсмографа (длины измерительного плеча). В то же время при такой конструкции и вертикальной установке прибора он будет иметь максимальную чувствительность к вертикальной составляющей микродеформаций, а поскольку измерительным элементом является только мембрана, сейсмограф в месте его постановки измеряет не относительные, а абсолютные смещения участков дна с учетом передаточных характеристик системы «породы дна - наполнение защитной камеры - мембрана».Due to the proposed compact rigid structure, in which the reference arm is isolated from the effects of soil vibrations, and the optical system and its sensing element are in the same housing and are not separated by a fiber, the interference pattern resistant to operational loads is achieved in the inventive seismograph, and the sensitivity of the device is independent of the size of the seismograph (length of the measuring arm). At the same time, with such a design and vertical installation of the device, it will have maximum sensitivity to the vertical component of microdeformations, and since the measuring element is only a membrane, the seismograph in its place of measurement does not measure the relative, but the absolute displacements of the bottom sections, taking into account the transfer characteristics of the rock system bottom - filling the protective chamber - membrane. "
На Фиг. приведена одна из возможных схем заявляемого прибора, где 1 - эластичная накладка; 2 - прижимной фланец; 3 - защитная камера; 4 - основной фланец; 5 - корпус прибора; 6 - клапан; 7 - емкость с воздухом; 8, 9 - ножки; 10 - гермоввод для сигнального и силового кабелей; 11 - мембрана; 12 - оптическое окно; 13 - линза; 14 - делительный куб; 15, 16 - котировочные зеркала на пьезокерамических преобразователях; 17 - фотоприемник; 18 - коллиматор; 19 - лазер; 20 - цифровая система регистрации; 21 - оптическая скамья; 22 - компенсационная камера; 23 - соединительные трубки.In FIG. one of the possible schemes of the claimed device is shown, where 1 is an elastic pad; 2 - clamping flange; 3 - a protective chamber; 4 - the main flange; 5 - the device body; 6 - valve; 7 - container with air; 8, 9 - legs; 10 - pressure seal for signal and power cables; 11 - membrane; 12 - optical window; 13 - a lens; 14 - dividing cube; 15, 16 - quotation mirrors on piezoelectric transducers; 17 - photodetector; 18 - collimator; 19 - laser; 20 - digital registration system; 21 - an optical bench; 22 - compensation chamber; 23 - connecting tubes.
Прибор представляет собой герметичный корпус (5), например, из нержавеющей стали или другого пригодного для этой цели материала. Одно из оснований корпуса заглушено съемной крышкой из двух жестко соединенных фланцев: основного (4) и прижимного (2) с внутренним диаметром, меньшим диаметра корпуса. Между фланцами установлена мембрана (11), которая снабжена по центру обращенной внутрь прибора стороне зеркалом (на фиг. не показан) и является чувствительным элементом прибора. Основной фланец (4) выполнен таким образом, чтобы была возможность закрепить на его поверхности оптическую скамью (21), а внутри установить оптическое окно (12), например, ПИ-80, с образованием между окном и мембраной компенсационной камеры (22), служащей для компенсации внешнего давления при установке сейсмографа на дно. Прижимной фланец (2) с наружной стороны снабжен накладкой (1) с отверстиями с образованием между накладкой (1) и мембраной (11) защитной камеры (3), предназначенной для обеспечения контакта мембраны (чувствительного элемента сейсмографа) с грунтом. Второе основание корпуса (5) снабжено гермовводом (10) для сигнального и силового кабеля и системой компенсации давления (6, 7, 23).The device is a sealed enclosure (5), for example, stainless steel or other material suitable for this purpose. One of the casing bases is plugged with a removable cover of two rigidly connected flanges: the main (4) and pressure (2) with an inner diameter smaller than the diameter of the casing. A membrane (11) is installed between the flanges, which is equipped with a mirror (not shown) in the center facing the inside of the device and is a sensitive element of the device. The main flange (4) is made in such a way that it is possible to fix an optical bench (21) on its surface, and install an optical window (12), for example, PI-80 inside, with the formation of a compensation chamber (22) between the window and the membrane, which serves to compensate for external pressure when installing the seismograph to the bottom. The clamping flange (2) is provided on the outside with a cover plate (1) with holes to form a protective chamber (3) between the cover plate (1) and the membrane (11), designed to ensure the membrane (sensitive element of the seismograph) is in contact with the ground. The second base of the housing (5) is equipped with a pressure seal (10) for the signal and power cable and a pressure compensation system (6, 7, 23).
Для правильной работы сейсмографа он может быть снабжен стационарными или съемными опорными ножками (8, 9), удерживающими его в вертикальном положении.For the correct operation of the seismograph, it can be equipped with stationary or removable supporting legs (8, 9) that hold it in a vertical position.
Для обеспечения контакта мембраны (11) с дном перед использованием защитная камера (3) заполняется сыпучим минеральным наполнителем, например песком, что одновременно обеспечивает защиту мембраны от повреждений при установке прибора.To ensure the contact of the membrane (11) with the bottom before use, the protective chamber (3) is filled with loose mineral filler, such as sand, which at the same time protects the membrane from damage during installation.
Для защиты мембраны от «вдавливания» или «выдавливания» в моменты опускания прибора на дно или его поднятия прибор снабжен системой компенсации внешнего давления, которая может быть выполнена различными способами. Например, на Фиг. представлена система, включающая отсечный клапан (6), емкость с воздухом (7) и соединительные трубки (23). В момент погружения клапан (6) находится в открытом положении и воздух из емкости (7) под действием гидростатического давления поступает в компенсационную камеру (3). Поскольку накладка (1) имеет отверстия, это позволяет воде проникать в наполнитель, то есть в защитную камеру (3). За счет этого, в процессе погружения прибора удерживается равенство давлений на внешней и внутренней стороне мембраны. По достижении прибором дна клапан закрывается и дальнейшие смещения центра мембраны являются измерительной величиной. Таким же способом в обратном направлении поддерживается равенство давлений при поднятии прибора.To protect the membrane from “indentation” or “extrusion” at the moments of lowering the device to the bottom or raising it, the device is equipped with an external pressure compensation system, which can be performed in various ways. For example, in FIG. A system is presented that includes a shut-off valve (6), a container with air (7), and connecting tubes (23). At the time of immersion, the valve (6) is in the open position and air from the tank (7) under the influence of hydrostatic pressure enters the compensation chamber (3). Since the pad (1) has openings, this allows water to penetrate into the filler, that is, into the protective chamber (3). Due to this, in the process of immersion of the device, the equality of pressures on the outer and inner sides of the membrane is maintained. When the device reaches the bottom, the valve closes and further displacements of the center of the membrane are a measurement value. In the same way, in the opposite direction, the pressure is equal when lifting the device.
Главной измерительной частью прибора является оптическая система, выполненная по схеме интерферометра Майкельсона, которая установлена на оптической скамье (21), жестко прикрепленной к внутренней поверхности основного фланца (4). На Фиг. представлен один из возможных вариантов схемы с использованием неравноплечего интерферометра Майкельсона. Луч лазера (19) расширяется на коллиматоре (18) и далее на делительном кубе (14) делится на два луча, измерительный и опорный. Первый, проходя через линзу (13) и отражаясь от зеркала мембраны (11), снова проходит через линзу (13) и попадает на отражающую грань делительного куба (14). Второй проходит через котировочные зеркала, закрепленные на пьезокерамических основаниях (15 и 16), и также, как и первый, снова попадает в делительный куб (14). Далее оба луча распространяются по одной линии и интерферируют друг с другом.The main measuring part of the device is an optical system made according to the Michelson interferometer scheme, which is mounted on an optical bench (21), rigidly attached to the inner surface of the main flange (4). In FIG. one of the possible variants of the circuit using a non-equal Michelson interferometer is presented. The laser beam (19) expands on the collimator (18) and then on the dividing cube (14) is divided into two beams, measuring and reference. The first, passing through the lens (13) and reflected from the mirror of the membrane (11), again passes through the lens (13) and falls on the reflecting face of the dividing cube (14). The second passes through quotation mirrors mounted on piezoceramic bases (15 and 16), and also, like the first, again falls into the dividing cube (14). Further, both rays propagate along the same line and interfere with each other.
Работает лазерно-интерференционный донный сейсмограф следующим образом.The laser interference bottom seismograph operates as follows.
Прибор монтируется на дне таким образом, что колебания грунта через эластичную накладку (1) и защитную камеру (2), предварительно плотно заполненную сыпучим минеральным материалом, передаются на мембрану (11). Для обеспечения хорошего контакта с дном устройство нижней частью погружается (закапывается) в грунт. Колебания грунта через защитную камеру вызывают колебания мембраны, а следовательно, смещения центра мембраны и колебания яркости интерференционной картины. Фотоприемник (17) регистрирует эти изменения яркости и передает информацию об измерениях в цифровую систему регистрации (20), которая на их основе формирует сигнал обратной связи и, подавая его на пьезокерамический преобразователь (15), расширяет или сужает базу опорного плеча интерферометра и тем самым удерживает интерференционную картину в максимуме яркости. При этом сигнал обратной связи пропорционален величине колебаний грунта и является выходным сигналом прибора.The device is mounted on the bottom in such a way that vibrations of the soil through the elastic pad (1) and the protective chamber (2), previously densely filled with loose mineral material, are transmitted to the membrane (11). To ensure good contact with the bottom of the device, the lower part is immersed (buried) in the ground. Oscillations of the soil through the protective chamber cause vibrations of the membrane, and consequently, displacements of the center of the membrane and fluctuations in the brightness of the interference pattern. A photodetector (17) registers these changes in brightness and transmits the measurement information to a digital recording system (20), which forms a feedback signal on their basis and, applying it to the piezoceramic transducer (15), expands or narrows the base of the reference arm of the interferometer and thereby keeps the interference pattern at maximum brightness. In this case, the feedback signal is proportional to the amount of soil vibrations and is the output signal of the device.
В качестве системы регистрации (20) возможно использование системы экстремального регулирования, имеющей возможность учета скачкообразных переходов между соседними интерференционными максимумами и изменения оптической длины проходимой лучами за счет цепи обратной связи, воздействующей на зеркала неподвижных отражателей. Она может быть выполнена, например, на базе микропроцессора ATEMEGA 16.As a registration system (20), it is possible to use an extreme control system that can take into account jump-like transitions between adjacent interference maxima and change the optical length traveled by the rays due to the feedback circuit acting on the mirrors of stationary reflectors. It can be performed, for example, based on the
Точность измерения смещений центра мембраны определяется точностью применяемых лазерно-интерференционных методов. В опытном образце прибора использовали частотно-стабилизированный гелий-неоновый лазер с долговременной стабильностью в девятом знаке. Теоретически применяемые методы интерферометрии позволяют измерять смещения с точностью до 0.315 пм. С учетом применяемой цифровой системы регистрации и двенадцатиразрядных цифро-аналоговых и четырнадцатиразрядных аналого-цифровых преобразователей точность измерения смещения лазерно-интерференционной системы донного типа составляет около 154 пм в частотном диапазоне от 0 до 1000 Гц.The accuracy of measuring the displacements of the center of the membrane is determined by the accuracy of the applied laser interference methods. A frequency-stabilized helium-neon laser with long-term stability in the ninth digit was used in the prototype of the device. Theoretically applied interferometry methods allow measuring displacements with an accuracy of 0.315 pm. Taking into account the applied digital recording system and twelve-digit digital-to-analog and fourteen-digit analog-to-digital converters, the accuracy of measuring the displacement of the bottom-type laser interference system is about 154 pm in the frequency range from 0 to 1000 Hz.
Таким образом, предложенная конструкция сейсмографа решает техническую проблему с достижением заявленного технического результата, а именно повышение чувствительности к вертикальной составляющей микросмещений земной коры в инфразвуковом диапазоне частот, устойчивости интерференционной картины к эксплуатационным нагрузкам, уменьшение размеров и повышение эксплуатационной надежности.Thus, the proposed design of the seismograph solves the technical problem with the achievement of the claimed technical result, namely, increasing the sensitivity to the vertical component of the Earth's crust micro displacements in the infrasonic frequency range, the stability of the interference pattern to operational loads, reducing the size and increasing operational reliability.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129648A RU2653099C1 (en) | 2017-08-21 | 2017-08-21 | Laser interferometric bottom seismograph |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129648A RU2653099C1 (en) | 2017-08-21 | 2017-08-21 | Laser interferometric bottom seismograph |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653099C1 true RU2653099C1 (en) | 2018-05-07 |
Family
ID=62105454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129648A RU2653099C1 (en) | 2017-08-21 | 2017-08-21 | Laser interferometric bottom seismograph |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653099C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU191012U1 (en) * | 2019-02-13 | 2019-07-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Сейсмик Тест Инструментс" | Device for binding a seismic sensor to the ground |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU32290U1 (en) * | 2003-05-20 | 2003-09-10 | Государственный научный центр - Федеральное государственное унитарное геологическое предприятие "Южное научно-производственное объединение по морским геологоразведочным работам" | MULTICOMPONENT SEISMIC MODULE |
| RU2329524C2 (en) * | 2006-02-16 | 2008-07-20 | Казанский Государственный Технический Университет имени А.Н. Туполева | Laser seismometer |
| RU133946U1 (en) * | 2013-04-01 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | BOTTOM LASER SEISMOGRAPH |
| WO2016113352A1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | Qinetiq Limited | Multiplexed fibre sensor |
| CN106772561A (en) * | 2017-01-06 | 2017-05-31 | 浙江大学 | A kind of long-term real time probe of mobile ocean earthquake |
-
2017
- 2017-08-21 RU RU2017129648A patent/RU2653099C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU32290U1 (en) * | 2003-05-20 | 2003-09-10 | Государственный научный центр - Федеральное государственное унитарное геологическое предприятие "Южное научно-производственное объединение по морским геологоразведочным работам" | MULTICOMPONENT SEISMIC MODULE |
| RU2329524C2 (en) * | 2006-02-16 | 2008-07-20 | Казанский Государственный Технический Университет имени А.Н. Туполева | Laser seismometer |
| RU133946U1 (en) * | 2013-04-01 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | BOTTOM LASER SEISMOGRAPH |
| WO2016113352A1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | Qinetiq Limited | Multiplexed fibre sensor |
| CN106772561A (en) * | 2017-01-06 | 2017-05-31 | 浙江大学 | A kind of long-term real time probe of mobile ocean earthquake |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU191012U1 (en) * | 2019-02-13 | 2019-07-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Сейсмик Тест Инструментс" | Device for binding a seismic sensor to the ground |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7349591B2 (en) | Pressure compensated optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system | |
| US10126192B2 (en) | Sensor for detecting pressure waves in a fluid, provided with static pressure compensation | |
| JP4774184B2 (en) | Seismic exploration method and seismic exploration device for soil structure in borehole | |
| US9880048B2 (en) | Fiber optic distributed vibration sensing with wavenumber sensitivity correction | |
| US9250118B2 (en) | Leaf-spring optical seismometer using fringe signals for seismic measurements | |
| US7222534B2 (en) | Optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system using such accelerometer and inclinometer | |
| US9971052B2 (en) | Sensor for detecting pressure waves in a liquid | |
| US20030145654A1 (en) | Highly sensitive accelerometer | |
| US10677945B2 (en) | Hydrophone housing | |
| BR102015001878A2 (en) | hydrophone | |
| Hofmann et al. | Analysis of the acoustic response in water and sand of different fiber optic sensing cables | |
| Bernard et al. | Onland and offshore extrinsic Fabry–Pérot optical seismometer at the end of a long fiber | |
| RU2653099C1 (en) | Laser interferometric bottom seismograph | |
| RU133946U1 (en) | BOTTOM LASER SEISMOGRAPH | |
| JPH0240192B2 (en) | ||
| Mellors et al. | Understanding distributed fiber optic sensing response for modeling of signals | |
| Dolgikh et al. | Laser meter for hydrosphere pressure variations with a mechanical temperature compensation system | |
| Dolgikh et al. | Application of laser strainmenters to the study of earthquake physics | |
| Janneh et al. | Monitoring underwater seismic activity in the Campi-Flegrei caldera with fiber optic seismic hydrophones | |
| Malcher et al. | A calculable pistonphone for the absolute calibration of hydrophones in the frequency range from 0.5 Hz to 250 Hz | |
| RU2742935C1 (en) | Laser interference hydrophone | |
| DeWolf | Optical fiber sensors for infrasonic wind noise reduction and Earth strain measurement | |
| Bilham et al. | Design Considerations in an Ultra-Stable, Long Baseline Tiltmeter—Results from a Laser Tiltmeter | |
| Zhang et al. | Fiber optic seismometer based on π-phase-shifted FBG and swept optical SSB-SC interrogation technique | |
| Mentes | Results of tidal research |