基于螺旋缠绕光纤的分布式声波传感三分量信号采集机理研究

• 作者: 曹丹平 律军军 孙上饶 马国旗 尹教建
• 来源期刊: 石油物探
• 学科: 地球科学
• 关键词: 分布式光纤声波传感 三分量振动信号 螺旋缠绕光纤 轴向应变 缠绕角度
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 光纤传感技术(DAS)及应用专题|Distributed Acoustic Sensing and it's Applications
• 页码范围: 60-69
• 页数: 10页
• 分类号: P631
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-1441.2022.01.006

摘要

常规分布式光纤声波传感(DAS)技术利用光纤对轴向应变敏感的特点开展单分量信号采集,在开展三分量振动信号采集时,通常需要对光纤进行螺旋缠绕布置.在采用不同的角度进行缠绕时,光纤的轴向位置必然不同,导致光纤对X,Y,Z3个方向的振动信号具有不同的敏感性.针对上述问题,通过建立单根螺旋缠绕光纤的数学模型,确定了光纤轴向应变的影响因素,推导了螺旋光纤轴向应变与光纤所在位置处3个方向真实应变之间的数学映射关系,定量分析了不同缠绕角度、不同旋转角度条件下三分量振动信号对光纤轴向应变的影响,并采用波动方程模拟的三分量数字信号对螺旋光纤轴向应变所接收到的等效信号进行了验证.分析结果表明,螺旋光纤在轴向方向上采集到的信号强度取决于X,Y,Z三分量信号自身的强度、光纤缠绕角度以及缠绕过程中光纤各点的相对空间位置,随着缠绕角度的增大,螺旋光纤对沿缠绕轴方向的地震波信号敏感性增强,对垂直于缠绕轴方向的信号敏感性减弱,垂直于缠绕轴方向的两个分量地震波信号在数值上呈现出周期性和互补性变化规律,为利用螺旋缠绕光纤开展分布式声波传感三分量振动信号的采集提供了理论基础.