Волоконно-оптический сейсмоприёмник

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля сейсмических колебаний морского дна. Сущность: инерционная масса в виде шара расположена внутри упругой подложки в виде полой сферы. На наружную поверхность шаровой подложки намотана с натягом сигнальная волоконная катушка интерферометра. Опорная волоконная катушка интерферометра намотана на поплавок нейтральной или положительной плавучести, выполненный сферической формы, располагаемый в морской среде рядом с подложкой. К нижней части упругой подложки прикреплено якорное устройство. Технический результат: возможность изотропной регистрации сейсмических колебаний морского дна по всем направлениям. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля сейсмических колебаний грунта в естественных водоемах.

Известен сейсмоприемник аналогичного назначения, содержащий инерционную массу, которая соединена по меньшей мере с одним оптическим волокном. Одна часть волокна в сейсмоприемнике расположена неподвижно, а другая (подвижная часть) соединена с инерционной массой [I].

Недостатком известного сейсмоприемника является невозможность с его помощью контроля сейсмических колебаний одновременно по всем координатам.

Известно устройство аналогичного назначения, которое может применяться для измерения сейсмических колебаний морского дна, содержащее инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек, фазосдвигающего устройства, расположенного в одной из волоконных катушек и фотоприемника, а также источник питания, блок вторичной аппаратуры и регистратор, при этом первая волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на упругую подложку [2].

Данное устройство принято за прототип.

В прототипе инерционная масса и упругие подложки выполнены в виде соприкасающихся торцами цилиндров. Поэтому в прототипе возможна регистрация всего одной компоненты сейсмических колебаний.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. получение возможности изотропной регистрации сейсмических колебаний морского дна сразу по всем направлениям.

Данный технический результат достигают за счет того, что известный волоконно-оптический сейсмоприемник (ВОС), содержащий инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек, фазосдвигающего устройства, расположенного в одной из волоконных катушек и фотоприемника, а также источник питания, блок вторичной аппаратуры и регистратор, при этом первая волоконная катушка интероферометра намотана с натягом на упругую подложку, дополнительно содержит поплавок нейтральной или положительной плавучести, на наружную поверхность которого намотана вторая катушка, при этом упругая подложка выполнена в виде полой сферы, а инерционная масса - в виде шара, расположенного внутри этой сферы.

Сферическая подложка может быть заполнена жидкостью, например водой или маслом, а инерционная масса подвешена в центральной части полой сферической подложки на слабоупругих подвесах.

ВОС может дополнительно содержать якорное устройство, прикрепленное к нижней части сферической упругой подложки, а поплавок нейтральной или положительной плавучести выполнен сферической формы с наружным диаметром, равным наружному диаметру упругой подложки.

При этом поплавок может быть механически соединен гибким кабель-тросом с упругой подложкой.

ВОС может включать в себя надводный центр управления, соединенный кабель-тросом с упругой подложкой и поплавком нейтральной или положительной плавучести, при этом источник питания и регистратор расположены на надводном центре управления, а источник когерентного света, фотоприемник и вторичная аппаратура - внутри поплавка нейтральной или положительной плавучести.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема общего вида сейсмоприемника, а на фиг.2 - его оптико-электронная схема.

ВОС содержит инерционную массу 1 (фиг.1) и упругую подложку 2, выполненные соответственно в виде сферической поверхности (полой сферы) и шара. Причем шаровая инерционная масса 1 расположена внутри сферической упругой подложки 2, которая, кроме того, внутри может быть заполнена воздухом, водой или маслом.

Снаружи к подложке внизу может быть прикреплено якорное устройство 3, а к верхней части прикреплен кабель-трос 4, соединяющий подводную часть сейсмоприемника с надводным центром управления (на чертеже не показан).

Инерционная масса 1 может быть подвешена на слабоупругих подвесах (на чертеже не показаны) в центральной части сферической подложки 2.

ВОС также включает в себя поплавок 5 нейтральной или положительной плавучести, сферической формы, наружный диаметр которого равен наружному диаметру сферической подложки (на чертеже данное условие не выполнено). Поплавок 5 соединен гибким кабель-тросом 6 с упругой подложкой 2 (на чертеже через кабель-трос 4).

На наружные поверхности подложки 2 и поплавка 5 намотаны две волоконные катушки 7, 8 волоконно-оптического интерферометра (фиг.2), включающего также в себя источник 9 когерентного света, фотоприемник 10 и фазосдвигающее устройство 11 (на фиг.2 интерферометр собран по схеме Цендера-Маха).

Выход фотоприемника 10 через вторичную аппаратуру 12, подключен к регистратору 13.

Имеется также источник питания, расположенный на надводном центре управления (на чертеже не показаны).

Вторичная аппаратура 12, включающая в себя, например, усилитель фототока и полосовой фильтр, расположена внутри поплавка 5 нейтральной или положительной плавучести, а регистратор 13 расположен на надводном центре управления (на чертеже не показан). Регистратор 13 может быть выполнен в виде измерителей тока и частоты импульсов.

Электрическая связь источника питания и регистратора осуществляется по кабель-тросу 4. При этом гибкий кабель-трос 6 внутри себя включает оптический кабель для оптической связи волоконных катушек 7, 8 с источником 9 когерентного света и фотоприемником в интерферометре.

В зависимости от амплитуды регистрируемых сейсмоколебаний инерционная масса 1 может находиться в свободном состоянии в сферической подложке 2 или быть подвешанной на слабоупругих подвесах. Сферическая подложка 2 также заполняется в зависимости от амплитуды регистрируемых сигналов той или иной по вязкости жидкостью.

Одинаковая форма и размеры упругой подложки 2 и поплавка 5 объясняются обеспечением по возможности одинакового воздействия морских шумов Р_м на волоконные катушки 7, 8 интерферометра.

В зависимости от амплитуды сейсмоколебаний интерферометр может работать в гомодинном режиме регистрации величины фототока, пропорциональной возникающей на выходе разности фаз интерферирующих лучей, или в режиме счета интерференционных полос. В первом случае с помощью фазосдвигающего устройства 11 первоначальную разность фаз на выходной кривой интерферометра устанавливают, равной π/2.

Волоконно-оптический сейсмоприемник для своей работы опускают на кабель-тросе 4 на морское дно 14 (фиг.1) и закрепляют на нем с помощью якорного устройства 3, таким образом, чтобы часть упругой подложки 2 с намотанным на нее волоконной катушкой 7 взаимодействовала с морской средой.

Поплавок 5 нейтральной или положительной плавучести с намотанным на него волоконной катушкой 8 располагается при этом рядом с подложкой 2 и не взаимодействует с морским дном 14.

При работе ВОС на упругую подложку 2 будут воздействовать сейсмические колебания Р_с в различных направлениях x, y, z и одновременно морские шумы Р_м. Инерционная масса 1, находящаяся внутри подложки 2, будет смещаться от своего первоначального положения и ударяться о стенки подложки 2. Возникающие при этом акустические и вибрационные колебания воспринимаются волоконной катушкой 7 интерферометра.

С другой стороны, на волоконную катушку 8 будут воздействовать только шумы моря Р_м. Поэтому разность фаз интерферирующих лучей, а значит и амплитуда фототока (или частота и количество импульсов) будут пропорциональны интенсивности сейсмоколебаний и не будут зависить от морских шумов.

По этой же причине на показания сейсмоприемника не будут влиять другие гидрологические факторы, одинаково воздействующие на обе волоконные катушки интерферометра.

Сигнал с фотоприемника 10 после его преобразования во вторичной аппаратуре 12 направляется по кабель-тросу 4 на регистратор 13 на надводном центре управления.

Сейсмосигнал Р_с одинаково воспринимается со всех направлений, чем достигается поставленный технический результат.

Источники информации 1. Патент ФРГ 3517825, кл.G 012 D 5/26, G 01 L 1/24, G 01 V 7/04, 1986.

2. Патент РФ 2115933, кл. G 01 P 15/08, 1998 - прототип.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический сейсмоприемник, содержащий инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек, фазосдвигающего устройства, расположенного в одной из волоконных катушек, и фотоприемника, а также источник питания, блок вторичной аппаратуры и регистратор, при этом первая волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на упругую подложку, отличающийся тем, что дополнительно содержит поплавок нейтральной или положительной плавучести, на наружную поверхность которого намотана вторая катушка, и якорное устройство, прикрепленное к нижней части упругой подложки, а также надводный центр управления, соединенный кабель-тросом с упругой подложкой и поплавком нейтральной или положительной плавучести, механически соединенном гибким кабель-тросом с упругой подложкой, при этом источник питания и регистратор расположены на надводном центре управления, а источник когерентного света, фотоприемник и вторичная аппаратура - внутри поплавка нейтральной или положительной плавучести, причем упругая подложка выполнена в виде полой сферы, а инерционная масса - в виде шара, расположенного внутри этой сферы, при этом поплавок нейтральной или положительной плавучести выполнен также сферической формы, причем наружные диаметры сферических подложки и поплавка нейтральной или положительной плавучести одинаковы.

2. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что сферическая упругая подложка заполнена жидкостью.

3. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что сферическая упругая подложка заполнена водой.

4. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что сферическая упругая подложка заполнена маслом.

5. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что инерционная масса подвешена на упругих подвесах в центральной части полой сферической упругой подложки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2