[go: up one dir, main page]

RU133946U1 - BOTTOM LASER SEISMOGRAPH - Google Patents

BOTTOM LASER SEISMOGRAPH Download PDF

Info

Publication number
RU133946U1
RU133946U1 RU2013114523/28U RU2013114523U RU133946U1 RU 133946 U1 RU133946 U1 RU 133946U1 RU 2013114523/28 U RU2013114523/28 U RU 2013114523/28U RU 2013114523 U RU2013114523 U RU 2013114523U RU 133946 U1 RU133946 U1 RU 133946U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
seismograph
chambers
semiconductor laser
optical
mirrors
Prior art date
Application number
RU2013114523/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Иванович Долгих
Станислав Григорьевич Долгих
Сергей Сергеевич Будрин
Александр Александрович Плотников
Сергей Владимирович Яковенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН)
Priority to RU2013114523/28U priority Critical patent/RU133946U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU133946U1 publication Critical patent/RU133946U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

1. Донный сейсмограф, состоящий из выполненных с возможностью открытия и соединенных между собой световодом двух герметичных камер, снабженных плоским основанием и оптическими скамьями, на одной из которых установлена оптическая система, выполненная по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона, включающая полупроводниковый лазер, коллиматор, делительную пластину, два котировочных зеркала на пьезокерамических цилиндрах, поворотные зеркала и фотодетектор, а на другой - уголковый отражатель, при этом сейсмограф содержит систему регистрации, соединенную с фотодетектором и расположенную в одной из камер, а оптические скамьи жестко скреплены с основаниями камер, снабженных грунтозацепами.2. Донный сейсмограф по п.1, отличающийся тем, что камеры выполнены в виде вертикальных цилиндров, снабженных крышками.3. Донный сейсмограф по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового лазера используют лазер с длиной волны 532 нм.1. The bottom seismograph, consisting of two sealed chambers made with the possibility of opening and interconnected by a fiber, equipped with a flat base and optical benches, on one of which an optical system is installed, made according to the scheme of a non-equal Michelson interferometer, including a semiconductor laser, a collimator, a dividing plate , two quotation mirrors on piezoceramic cylinders, rotary mirrors and a photo detector, and on the other a corner reflector, while the seismograph contains a p recording is the coupled to the photodetector and disposed in one of the chambers, and the optical bench are rigidly attached with bases cameras equipped gruntozatsepami.2. A bottom seismograph according to claim 1, characterized in that the chambers are made in the form of vertical cylinders provided with covers. A bottom seismograph according to claim 1, characterized in that a laser with a wavelength of 532 nm is used as a semiconductor laser.

Description

Полезная модель относится к области геофизики и может быть использована для измерения микродеформаций земной коры на дне морей и океанов и изучения пространственно-временной структуры геофизических полей инфразвукового и звукового диапазонов.The utility model 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 study the spatiotemporal structure of geophysical fields in the infrasound and sound ranges.

Известна автономная донная станция для сейсмических наблюдений (п. RU 2438149 C2, МПК G01V 1/38) предназначенная для сейсмологического мониторинга, изучения полей микросейсм и гидроакустических шумов, а также измерения и регистрации в широком частотном диапазоне сейсмических явлений от местных и удаленных землетрясений на дне морей и океанов. В данной станции для регистрации сейсмических сигналов используют сейсмические и сейсмоакустические датчики. Сейсмические датчики представляют собой велосиметры и имеют три компоненты: две горизонтальные и одну вертикальную, и предназначены для преобразования скорости колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазоне. Технические характеристики датчиков таковы: частотный диапазон регистрируемых сигналов от 0,03 до 40 Гц. Трехкомпонентный сейсмоакустический датчик предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазонах. Основные технические характеристики датчика: количество сейсмоакустических каналов 3, частотный диапазон 20-1000 Гц, динамический диапазон в полосе 1/3 октавы и центральной частотой 30 Гц.Known autonomous bottom station for seismic observations (p. RU 2438149 C2, IPC G01V 1/38) designed for seismological monitoring, studying the fields of microseisms and hydroacoustic noise, as well as measuring and recording in a wide frequency range of seismic phenomena from local and remote earthquakes at the bottom seas and oceans. In this station, seismic and seismic acoustic sensors are used to record seismic signals. Seismic sensors are cycle meters and have three components: two horizontal and one vertical, and are designed to convert the speed of soil vibrations into an electrical signal in the corresponding dynamic and frequency range. The technical characteristics of the sensors are as follows: the frequency range of the recorded signals from 0.03 to 40 Hz. A three-component seismic-acoustic sensor is designed to convert the third derivative of soil vibrations into an electrical signal in the corresponding dynamic and frequency ranges. The main technical characteristics of the sensor: the number of seismic channels 3, the frequency range of 20-1000 Hz, the dynamic range in the 1/3 octave band and the center frequency of 30 Hz.

Известен волоконно-оптический донный сейсмограф (п. CN 101799555 (А), МПК G01V 1/18; G01V 1/38) состоящий 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.Known fiber-optic bottom seismograph (p. CN 101799555 (A), IPC G01V 1/18; G01V 1/38) 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.

Наиболее близким к заявляемому является широкополосный донный сейсмограф (в.з. CN №101672927 (А), МПК G01V 1/18; G01V 1/38) состоящий из двух герметичных сферических камер, соединенных между собой платформой, обеспечивающей связь обеих камер с дном. В одной из камер находится аккумуляторный отсек и плата обработки акустических сигналов, в другой камере находится сейсмограф маятникового типа и накопитель информации на который производится запись полученных с сейсмографа данных. Горизонтальное положение сейсмографа обеспечивается карданным подвесом находящимся в той же герметичной камере что и сейсмограф. Коммутация между камерами обеспечивается посредством электрических кабелей. Данный сейсмограф может регистрировать сейсмические колебания в частотном диапазоне от 0,025 до 40 Гц как природного, так и искусственного происхождения. Однако необходимость обеспечения горизонтальности узла сейсмографа значительно усложняет его конструкцию, кроме того, следует отметить невозможность мониторинга сейсмической обстановки в режиме реального времени.Closest to the claimed one is a broadband bottom seismograph (VZ CN No. 101672927 (A), IPC G01V 1/18; G01V 1/38) consisting of two sealed spherical cameras, interconnected by a platform that provides communication between both cameras with the bottom. In one of the cameras there is a battery compartment and an acoustic signal processing board, in another camera there is a pendulum-type seismograph and an information storage device on which data obtained from the seismograph are recorded. The horizontal position of the seismograph is provided by a gimbal located in the same sealed chamber as the seismograph. Switching between cameras is provided by electric cables. This seismograph can record seismic vibrations in the frequency range from 0.025 to 40 Hz of both natural and artificial origin. However, the need to ensure the horizontalness of the seismograph assembly greatly complicates its design; in addition, it should be noted that it is impossible to monitor the seismic situation in real time.

Общим недостатком всех вышеприведенных сейсмографов являются: ограниченные частотный и динамический диапазон, которые не позволяют проводить измерения вариаций микросмещений земной коры в инфразвуковом диапазоне, начиная с частоты 0 Гц (условно) и соответственно не способны регистрировать медленные процессы, которые могут быть предвестниками опасных геодинамических явлений.A common drawback of all of the above seismographs is: the limited frequency and dynamic range, which do not allow measurements of variations in the Earth’s crust micro displacements in the infrasonic range, starting from a frequency of 0 Hz (conditionally) and, accordingly, are not able to record slow processes that can be harbingers of dangerous geodynamic phenomena.

Задача заявляемой полезной модели разработка донного сейсмографа для измерений микросмещений земной коры в инфразвуковом диапазоне.The objective of the claimed utility model is the development of a bottom seismograph for measuring the micro displacements of the earth's crust in the infrasonic range.

Технический результат - расширение частотного и динамического диапазона измерений микросмещений земной коры в инфразвуковом диапазоне.The technical result is the expansion of the frequency and dynamic range of measurements of micro displacements of the earth's crust in the infrasound range.

Поставленная задача решается донным сейсмографом, состоящим из выполненных с возможностью открытия и соединенных между собой световодом двух герметичных камер, снабженных плоским основанием и оптическими скамьями, на одной из которых установлена оптическая система, выполненная по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона. включающая полупроводниковый лазер, коллиматор, делительную пластину.The problem is solved by a bottom seismograph, consisting of two sealed chambers made with the possibility of opening and interconnected by a light guide, equipped with a flat base and optical benches, one of which has an optical system made according to the scheme of the Michelson non-uniform interferometer. including a semiconductor laser, a collimator, a dividing plate.

два юстировочных зеркала на пьезокерамических цилиндрах, поворотные зеркала и фотодетектор, а на другой уголковый отражатель, при этом сейсмограф содержит систему регистрации, соединенную с фотодетектором и расположенную в одной из камер, а оптические скамьи жестко скреплены с основаниями камер, снабженных грунтозацепами.two alignment mirrors on piezoceramic cylinders, rotary mirrors and a photodetector, and another angle reflector, while the seismograph contains a recording system connected to the photodetector and located in one of the cameras, and the optical benches are rigidly attached to the bases of the cameras equipped with lugs.

Предлагаемая конструкция донного сейсмографа на основе лазерно-интерференциой оптической системы позволяет измерять микросмещения земной коры в частотном диапазоне от 0 до 1000 Гц с точностью до 0,03 нм.The proposed design of the bottom seismograph based on a laser-interference optical system allows you to measure the micro displacement of the earth's crust in the frequency range from 0 to 1000 Hz with an accuracy of 0.03 nm.

На Фиг.1 изображен общий вид донного сейсмографа: а - вид сверху, б - вид сбоку, где 1 и 2 - герметичные камеры, 3 - световод, 4 - основания камер, 5 - грунтозацепы, 6 - оптическая скамья с оптической системой, 7 - оптическая скамья с у толковым отражателем - 8.Figure 1 shows a General view of the bottom seismograph: a - top view, b - side view, where 1 and 2 - sealed cameras, 3 - light guide, 4 - camera bases, 5 - lugs, 6 - optical bench with an optical system, 7 - optical bench with a sensible reflector - 8.

На Фиг.2 - схематично изображена оптическая система, установленная на скамье 6, где 9 - лазер, 10 - коллиматор, 11 - два юстировочных зеркала, установленных на пьезокерамических основаниях (на схеме не показано), 12 - делительная пластина, 13 - поворотные зеркала, 14 - фотодетектор.Figure 2 - schematically shows an optical system mounted on bench 6, where 9 is a laser, 10 is a collimator, 11 are two alignment mirrors mounted on piezoceramic bases (not shown in the diagram), 12 is a dividing plate, 13 is a rotary mirror , 14 - photodetector.

Камеры и световод донного сейсмографа могут быть выполнены как из металла, так и из любого подходящего полимерного материала. Камеры могут быть выполнены в виде вертикальных цилиндров, которые снабжены крышками либо цилиндры выполнены с возможностью их отсоединения от основания камер. К основанию камер жестко прикреплены грунтозапепы, конкретное выполнение которых и их количество зависит от характера грунта. Герметизация камер достигается при помощи, например, уплотнителей, находящихся в специальных пазах между корпусом и крышкой, либо между корпусом и основанием.The cameras and the light guide of the bottom seismograph can be made of either metal or any suitable polymeric material. The chambers can be made in the form of vertical cylinders, which are equipped with caps or cylinders are made with the possibility of disconnecting them from the base of the chambers. To the base of the chambers are grousers, the specific implementation of which and their number depends on the nature of the soil. The sealing of the chambers is achieved using, for example, gaskets located in special grooves between the housing and the cover, or between the housing and the base.

Сейсмограф работает следующим образом.A seismograph works as follows.

Луч стабилизированного полупроводникового лазера (9), пройдя коллиматор (10) и юстировочные зеркала (11), попадает на полупрозрачную делительную пластину (12), на которой разделяется на два луча. Первый луч, пройдя зеркала раскачки и компенсации (13) и полупрозрачную делительную пластину (12), попадают на фотодетектор (14). Второй луч, пройдя световод (3) и отразившись от уголкового отражателя (8), расположенного на оптической скамье (7), и пройдя полупрозрачную делительную пластину (12), попадает на фотодетектор (14). На фотодетекторе (14) на основе обоих лучей настраивается интерференционная картина, изменение которой связано с изменением расстояния между оптической скамьей (6) и отражателем (8). Изменение интерференционной картины регистрируется фотодетектором (14) и преобразуется в электрический сигнал системой регистрации (на фиг.2 не показана), находящейся в одной из герметичных камер. Далее электрический сигнал с помощью сигнального кабеля, подключенного к системе регистрации передается на береговой пост, где осуществляется запись на носитель информации в режиме реального времени. Точность измерения определяется точностью измерения доли интерференционной полосы.The beam of a stabilized semiconductor laser (9), passing through the collimator (10) and alignment mirrors (11), enters a translucent dividing plate (12), which is divided into two beams. The first beam, passing through the swing and compensation mirrors (13) and the translucent dividing plate (12), fall on the photodetector (14). The second beam, passing through the light guide (3) and reflected from the corner reflector (8) located on the optical bench (7), and passing through the translucent dividing plate (12), enters the photodetector (14). An interference pattern is configured on the photodetector (14) based on both beams, a change in which is associated with a change in the distance between the optical bench (6) and the reflector (8). A change in the interference pattern is detected by a photodetector (14) and converted into an electrical signal by a registration system (not shown in Fig. 2) located in one of the sealed chambers. Further, the electrical signal is transmitted using a signal cable connected to the registration system to the coastal post, where real-time recording is made to the storage medium. The measurement accuracy is determined by the accuracy of the measurement of the fraction of the interference band.

Сейсмограф позволяет измерять вариации интерференционной картины с точностью до 10-4×λ/2, где λ - длина волны лазера. Был изготовлен опытный образец донного сейсмографа, в котором камеры в виде вертикальных цилиндров высотой 400 мм и диаметром 400 мм и световод в виде трубы диаметром 150 мм и длиной 1500 мм выполнены из полимерного материала. При использовании в донном лазерно-интерференционного сейсмографе зеленого полупроводникового лазера (532 нм) точность измерения примерно равна 0,03 нм в частотном диапазоне от 0 до 1000 Гц.A seismograph makes it possible to measure variations in the interference pattern with an accuracy of 10 -4 × λ / 2, where λ is the laser wavelength. A prototype of the bottom seismograph was made in which chambers in the form of vertical cylinders with a height of 400 mm and a diameter of 400 mm and a light guide in the form of a pipe with a diameter of 150 mm and a length of 1500 mm were made of polymer material. When using a green semiconductor laser (532 nm) in the bottom laser interference seismograph, the measurement accuracy is approximately 0.03 nm in the frequency range from 0 to 1000 Hz.

Claims (3)

1. Донный сейсмограф, состоящий из выполненных с возможностью открытия и соединенных между собой световодом двух герметичных камер, снабженных плоским основанием и оптическими скамьями, на одной из которых установлена оптическая система, выполненная по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона, включающая полупроводниковый лазер, коллиматор, делительную пластину, два котировочных зеркала на пьезокерамических цилиндрах, поворотные зеркала и фотодетектор, а на другой - уголковый отражатель, при этом сейсмограф содержит систему регистрации, соединенную с фотодетектором и расположенную в одной из камер, а оптические скамьи жестко скреплены с основаниями камер, снабженных грунтозацепами.1. The bottom seismograph, consisting of two sealed chambers made with the possibility of opening and interconnected by a fiber, equipped with a flat base and optical benches, on one of which an optical system is installed, made according to the scheme of a non-equal Michelson interferometer, including a semiconductor laser, a collimator, a dividing plate , two quotation mirrors on piezoceramic cylinders, rotary mirrors and a photo detector, and on the other a corner reflector, while the seismograph contains a p recording is the coupled to the photodetector and disposed in one of the chambers, and the optical bench are rigidly attached with bases cameras equipped with lugs. 2. Донный сейсмограф по п.1, отличающийся тем, что камеры выполнены в виде вертикальных цилиндров, снабженных крышками.2. The bottom seismograph according to claim 1, characterized in that the cameras are made in the form of vertical cylinders provided with covers. 3. Донный сейсмограф по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового лазера используют лазер с длиной волны 532 нм.
Figure 00000001
3. The bottom seismograph according to claim 1, characterized in that a laser with a wavelength of 532 nm is used as a semiconductor laser.
Figure 00000001
RU2013114523/28U 2013-04-01 2013-04-01 BOTTOM LASER SEISMOGRAPH RU133946U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114523/28U RU133946U1 (en) 2013-04-01 2013-04-01 BOTTOM LASER SEISMOGRAPH

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114523/28U RU133946U1 (en) 2013-04-01 2013-04-01 BOTTOM LASER SEISMOGRAPH

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU133946U1 true RU133946U1 (en) 2013-10-27

Family

ID=49447165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013114523/28U RU133946U1 (en) 2013-04-01 2013-04-01 BOTTOM LASER SEISMOGRAPH

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU133946U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2653099C1 (en) * 2017-08-21 2018-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Laser interferometric bottom seismograph
RU191766U1 (en) * 2019-03-27 2019-08-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Device for determining ground vibration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2653099C1 (en) * 2017-08-21 2018-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Laser interferometric bottom seismograph
RU191766U1 (en) * 2019-03-27 2019-08-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Device for determining ground vibration

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fernández-Ruiz et al. Seismic monitoring with distributed acoustic sensing from the near-surface to the deep oceans
US9194738B2 (en) Fiber optic microseismic sensing systems
CA2574192C (en) Pressure compensated optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system
US7222534B2 (en) Optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system using such accelerometer and inclinometer
US9250118B2 (en) Leaf-spring optical seismometer using fringe signals for seismic measurements
Zumberge et al. An optical seismometer without force feedback
US11092478B2 (en) Retro-reflective interferometer
Janneh et al. Field demonstration of an optical fiber hydrophone for seismic monitoring at Campi-Flegrei caldera
CN101799555A (en) Optical fiber ocean bottom seismograph
Bernard et al. Onland and offshore extrinsic Fabry–Pérot optical seismometer at the end of a long fiber
CN107121708B (en) Absolute gravity measurement system and measurement method
RU133946U1 (en) BOTTOM LASER SEISMOGRAPH
CN205353121U (en) Servo -type acceleration sensor based on CCD position is detected
CN207198347U (en) Absolute gravity measurement system
CN109839514A (en) A kind of high-precision optical accelerometer with from zeroing function
RU2653099C1 (en) Laser interferometric bottom seismograph
RU145461U1 (en) THREE COMPONENT WELL SEISMOMETER
Williams et al. Teleseisms and microseisms on an ocean-bottom distributed acoustic sensing array
CN206583930U (en) A kind of optical fiber interference type detector device with collimater
CN112764115B (en) Quantum absolute gravimeter and probe thereof
CN214623074U (en) Quantum absolute gravimeter and probe thereof
RU101848U1 (en) SEISMOGRAPH
Janneh et al. Monitoring underwater seismic activity in the Campi-Flegrei caldera with fiber optic seismic hydrophones
Haldorsen et al. A Fiber‐Optic, Multicomponent Sensor for Borehole Seismic Formation Imaging and for Monitoring of Natural or Induced Seismicity
CN107990971A (en) A kind of three-dimensional differential optical fiber vector hydrophone

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20180402