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地震風暴等自然災害究竟能否準確預測?無所不能的聽風者—分布式激光光纖聲波傳感器

發布:2022-04-18 10:55作者:www.yattendonparish.com點擊:1041次

分布式聲學傳感 (DAS) 技術使用相干的反向散射光相位而不是光強度來檢測聲音范圍內的聲音或振動等信號。振動事件強度數據和使用線性定量測量來記錄,聲音或振動事件的相位和頻率或實時聲學數據(幅度、頻率、相位)數萬個數據、高溫和高壓等惡劣環境和抗電磁干擾等優點。
1993 年,泰勒等人。揭示了一種時域相敏光學反射計方法,通過測量來自高度相干光源的反向散射光強度的變化來檢測干擾,以檢測入侵者。由于振動和光強度的變化不會線性響應,因此它主要用于定性測量,通常稱為分布式振動傳感 (DVS) 技術。
2010年以來,國內外研究人員通過測量后向散射光的相位變化,對聲音/振動數據進行線性定量重建,俗稱分布式聲學識別(DAS)。
目前該技術有多種相位解調方法和定量測量方法,包括英國Silixa在2010年提出的3×3相位調制技術和英國OptaSense提出的雙向外差調制脈沖技術。 2010年,中國上海光機所提出的數字相干相位解調技術,2014年中國半導體研究院提出的相位生成矢量解調技術,上海大學提出的同步光頻解調技術。 2015年[6],中國電子科技大學2016年提出的零差Q-正交解調技術[4],他在英屬哥倫比亞大學發推文的直接脈沖測量系統。 2016年在西班牙阿卡里等地
DAS技術可以通過提供定量數據來解決事件的定性評估,極大地提高了信號檢測和分布式聲學傳感器技術的應用,特別是在油氣資源、交通運輸、海洋地球物理和地震自然等方面。它在全球安全領域提供了新的、高效的和具有成本效益的技術解決方案,應用范圍廣泛且發展迅速。
DAS 技術可用于垂直井地震 (BIS)、地面地震、時限或連續儲罐監測、水力壓裂等。由于DAS技術可以在油井的整個生命周期中發揮重要作用,越來越受到重視,越來越多的地球物理學家開始關注它。
與傳統的陸地記錄儀和鉆井記錄儀相比,DAS技術具有成本低、效率高、樣本量小、數據質量不遜于傳統地震檢波器的優勢。多家石油服務公司(斯倫貝謝、哈里伯頓)、中石油東方物探、CGG、TGS在地震監測、地基、微晶和儲罐監測方面進行了有效的實驗。
近日,英國公司Silixa在碳捕獲與封存項目中使用DAS技術,提供全生命周期和培訓的3D BOS監測、地震區間和動態完井監測、主動地震監測和被動CO2封存。中國石油東方物探有限公司與中國電子科技大學合作,在長慶、新疆、西南等6個油田開展了34次生產試驗并獲得質量信息。中國科學院半導體研究所與中國石油東方地球物理公司、中國石化集團地球物理公司合作,在大慶、冀東、青海、長慶、塔亨、浮山等油田進行了地震勘測,取得了良好的效果。結果。
DAS技術可用于監控車輛和火車的狀態。配備DAS技術的路邊光纜可以檢測車輛運動,識別道路上行駛的車輛,計算交通擁堵的起源和類型,并評估基礎設施的狀況。通過在列車網絡中安裝光纜,可以沿路線擴展用于軌道定位和軌道狀況監測的傳感器網絡,從而產生沿路線持續的實時位置信息。沿著控制區域的整個長度。
2016年,英國OptaSense用于監測跟蹤長度為1000公里的高速列車的DAS系統安裝在沙特阿拉伯達曼和利雅得高速列車的部分區域,并具有性能監測功能。非法火車和入境(工作人員、動物)。
2017年,中科院上海光機所基于廣泛的多元分析和深入分析,提出了鐵路安全傳感器技術。動態空間頻率分析方法用于去除環境噪聲,全局多元分析方法用于識別列車和確定干擾,深度網格用于提取和分類信號特征。這些方法已經在多條線路上進行了充分測試。
2020年,中國科學院半導體研究所和北京交通大學利用光纜對秦皇島某地的高速列車、客運列車和重型列車進行動態跟蹤??蓪α熊囘M行分類,16個高速列車組的輪胎信息一目了然。
DAS技術可用于海洋地球物理調查、水下地震預警和水下物體探測。利用現有水下光纜和 DAS 的高空間分辨率可以揭示有關海底斷層和海浪的更詳細信息,幫助科學家更準確地預測癲癇發作。國家和海嘯。大氣資源可用于水下資源勘探,為天然氣水合物的實驗開采和非常規油氣礦床的形成提供監測支持。
2019 年,來自加利福尼亞大學、勞倫斯伯克利國家實驗室、蒙特雷灣水族館研究所和萊斯大學的研究人員花了四天時間研究了一條 20 英里的水下光纜,記錄了一條來自海岸附近的蒙特雷的記錄。加利福尼亞。雷灣構造破壞帶發生 3.4 級地震。 2019年,中科院半導體研究所和中科院深海研究所在海南河口開展了中科院水下光纜觀測試驗,獲得了海浪的3D信息。頻率為 1.2 Hz
DAS 技術可以使用現有的光通信電纜經濟高效且高精度地執行地震傳感。 2018 年,德國波茨坦地球科學中心使用高分辨率 DAS 系統利用現有的 15 公里光通信電纜探測雷克亞半島的地震波,并探測當地海洋陸地的地震和相關的小頭畸形。到大西洋中脊。研究結果表明,光通信電纜可用于探測地震和其他地面現象,為探測地震波提供了一種新的技術方法。
DAS技術除了具有遠距離、高空間密度和動態實時監測等優點外,還廣泛應用于環境保護、管道/管道泄漏監測、水下物體等。
DAS技術近年來發展迅速,前景廣闊,涵蓋了科研和工業應用的諸多方面,取得了豐碩的科研成果。近年來,DAS技術性能穩步提升,帶寬擴大到包括低頻和高頻(低頻達到數萬兆赫,高頻兆赫),高頻距離記錄范圍從幾公里到幾公里數百。公里,并通過特殊光纖將空間分辨率降低到一米以下,從而將噪音水平降低 20 分貝。 DAS技術的能力也在不斷擴展。螺旋光纖用于將DAS一維傳感能力升級為三維傳感能力,并采用相關傳感方法測量熱應力等物理量的高準靜態精度。
DAS技術體現了以下發展趨勢:
(1)DAS技術規范化、標準化,從高性能科研設備走向標準化工業設備,為科研和工業應用提供高效分布式地震波探測工具;
(2) 新的DAS技術通過提供更寬的頻率響應、感應距離和空間分辨率,從單一動態信號檢測到聯合分布式多參數檢測,提高了系統性能并擴展了系統功能。
(3) 為了自身利益,將其活動范圍從地表擴展到深海和空間,特別是為確定海洋和行星上的地震波提供技術手段。
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