Волоконно-оптический акселерометр для проведения геологической разведки шельфовых месторождений полезных ископаемых

Савин В.В., Казачкова И.Д., Косагова М.Д., Ошлаков В.С., Волков А.В., Плотников М.Ю., Коннов К.А., Куликов А.В.

Ссылка для цитирования:

Савин В.В., Казачкова И.Д., Косагова М.Д., Ошлаков В.С., Волков А.В., Плотников М.Ю., Коннов К.А., Куликов А.В. Волоконно-оптический акселерометр для проведения геологической разведки шельфовых месторождений полезных ископаемых // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 11. С. 43–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93 11-43-51

Savin V.V., Kazachkova I.D., Kosagova M.D., Oshlakov V.S., Volkov A.V., Plotnikov M.Yu., Konnov K.A., Kulikov A.V. Fiber-optic accelerometer for geological exploration of offshore mineral deposits [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 11. P. 43–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-11-43-51

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Волоконно-оптический акселерометр для проведения геологической разведки шельфовых месторождений полезных ископаемых. Цель работы. Разработка и исследование трехосного волоконно-оптического акселерометра на основе интерферометра Майкельсона для регистрации вектора ускорения низкочастотных сейсмических колебаний при проведении геологоразведки шельфовых месторождений полезных ископаемых. Метод. Расчет и моделирование основных характеристик и конструкции волоконно-оптического акселерометра выполнены в среде COMSOL Multiphysics. Экспериментальное исследование и сравнительный анализ основных характеристик макета акселерометра осуществлены с применением электродинамического вибростенда и опорных датчиков. Основные результаты. Предложен способ создания трехосного волоконно-оптического акселерометра на основе интерферометра Майкельсона для проведения геологической разведки шельфовых месторождений полезных ископаемых. Результаты математического и компьютерного моделирования позволяют осуществить расчет основных характеристик датчика. Экспериментальное исследование макета акселерометра позволило определить его амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот от 2 до 250 Гц и чувствительность, составившую около 5 рад/(м/с²). Проведен сравнительный анализ сигналов, зарегистрированных с помощью волоконно-оптического и пьезокерамического акселерометров и электродинамического геофона, при воздействии низкочастотных вибрационных импульсов. Практическая значимость. Волоконно-оптический акселерометр применим в составе комплексов для проведения геологоразведки месторождений полезных ископаемых, в частности донных сейсмических кос для проведения работ на континентальном шельфе.

Ключевые слова:

волоконно-оптический акселерометр, геологоразведка, сейсморазведка, 4D 4C, шельфовые месторождения, донная сейсмическая коса

Благодарность:

работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).

Коды OCIS: 120.0120, 230.0230, 060.2370

Список источников:

1. Казанин А.Г., Базилевич С.О., Жилин Ф.Е. и др. Донный сейсморазведочный мониторинг на континентальном шельфе: современные технологии и перспективы // Neftegaz.RU. 2025. № 8(164). C. 70–72.

Kazanin A.G., Bazilevich S.O., Zhilin F.E., et al. Bottom seismic monitoring on the continental shelf: modern technologies and prospects [in Russian] // Neftegaz.RU. 2025. № 8(164). P. 70–72.

2. Тихоцкий С.А. Актуальные направления развития геофизики в целях достижения технологического суверенитета России // Вестник РАН. 2024. Т. 94. № 10. С. 873–884. doi: 10.31857/S0869587324100016.

Tikhotsky S.A. Current directions of development of geophysics in order to achieve technological sovereignty of Russia [in Russian] // Bulletin of the RAS. 2024. V. 94. № 10. P. 873–884. doi: 10.31857/S0869587324100016.

3. Wang J., Hu B., Li W., et al. Design and application of fiber Bragg grating (FBG) geophone for higher sensitivity and wider frequency range // Measurement. 2016. V. 79. P. 228–235. doi: 10.1016/j.measurement.2015.09.041.

4. Wang Z., Fan W., Gao H., et al. Optical fiber grating geophone assisted with a hollow triangle beam // IEEE Sensors J. 2021. V. 21. № 24. P. 27489–27494. doi: 10.1109/JSEN.2021.3122974.

5. Qiu Z., Zhang Y. Three-dimensional low-frequency earthquake monitoring vibration sensor based on FBG // IEEE Trans. Instrumentation and Measurement. 2024. V. 73. P. 1–9. doi: 10.1109/TIM.2024.3406839.

6. Bhatti H.S., Aizzuddin A.M., Hadeed M., et al. Review of fiber optic geophones and accelerometers for potential application in seismic acquisition for carbon storage monitoring // Opt. & Laser Technol. 2024. V. 179. P. 111368. doi: 10.1016/j.optlastec.2024.111368.

7. Chen J., Chang T., Yang Y., et al. Ultra-low-frequency tri-component fiber optic interferometric accelerometer // IEEE Sensors J. 2018. V. 18. № 20. P. 8367–8374. doi: 10.1109/JSEN.2018.2865894.

8. Stolarik M., Nedoma J., Martinek R., et al. New methods to seismic monitoring: laboratory comparative study of Michelson fiber-optic interferometer and pneumatic measurement systems // Photonics. 2021. V. 8. № 5. P. 147. doi: 10.3390/photonics8050147.

9. Zhang G., Wu X., Li S., et al. Temperature-insensitive Fabry–Perot interferometer for microseism sensing based on hollow core photonic crystal fibres // Optics and Lasers in Eng. 2020. V. 126. P. 105862. doi: 10.1016/j.optlaseng.2019.105862.

10. Wang D., Wu Y., Song Y., et al. High sensitivity fiber optic acceleration sensor based on Fabry–Perot interferometer // Opt. Fiber Technol. 2022. V. 72. P. 102989. doi: 10.1016/j.yofte.2022.102989.

11. Liu Q., Liu B., Yan C., et al. A broadband and highly sensitive fiber optic F–P geophone with low crosstalk // IEEE Sensors J. 2025. V. 25. P. 12703–12710. doi:10.1109/JSEN.2024.3510914.

12. Казанин А.Г., Базилевич С.О., Зимовский А.В. и др. Многоволновые сейсморазведочные работы 3D(4C) на континентальном шельфе о. Сахалин c использованием системы автономной донной регистрации «Краб» // Neftegaz.RU. 2022. № 8. С. 14–18.

Kazanin A.G., Bazilevich S.O., Zimovsky A.V., et al. Multiwave 3D(4C) seismic exploration work on the continental shelf of Sakhalin Island using the autonomous bottom recording system “Crab” [in Russian] // Neftegaz.RU. 2022. № 8. P. 14–18.

13. Volkov A.V., Plotnikov M.Y., Mekhrengin M.V., et al. Phase modulation depth evaluation and correction technique for the PGC demodulation scheme in fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors J. 2017. V. 17. № 13. P. 4143–4150. doi: 10.1109/JSEN.2017.2704287.

14. Nikitenko A.N., Plotnikov M.Y., Volkov A.V., et al. PGC-atan demodulation scheme with the carrier phase delay compensation for fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors J. 2018. V. 18. № 5. P. 1985–1992. doi: 10.1109/JSEN.2018.2792540.

15. Власов А.А., Плотников М.Ю., Волков А.В. и др. Компенсация воздействия шумов окружающей среды на работу волоконно-оптического интерферометра // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 9. С. 44–53. doi: 10.17586/1023-5086-2020-87-09-44-53.

Vlasov A.A., Plotnikov M.Yu., Volkov A.V., et al. Compensating the influence of background noise on the operation of a fiber-optic interferometer // J. Opt. Technol. 2020. V. 87. № 9. P. 535–541. doi: 10.1364/JOT.87.000535.