Вмораживаемый автономный геогидроакустический буй нового поколения

ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, https://elibrary.ru/title_about.asp?id=32295; http://std.ifz.ru/

Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 1, с. 25–34. DOI: 10.21455/std2018.1-3

ВМОРАЖИВАЕМЫЙ АВТОНОМНЫЙ ГЕОГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ БУЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

2 Московский физико-технический институт (государственный университет),

Автор для переписки: Д.А. Преснов, e-mail: presnov@physics.msu.ru

– разработаны новая информационно-измерительная платформа и программное обеспечение

– создано семейство автономных геогидроакустических буев для систем ледового класса

– проведены долговременные сопоставительные измерения

– подтверждена работоспособность и оценены основные параметры нового прибора

– прибор соответствует мировым аналогам по ключевым характеристикам

Аннотация. Представлены результаты разработки, создания опытных образцов и натурных испытаний геогидроакустических измерительных буев нового поколения, которые предназначены для использования как самостоятельно, при проведении акустических, сейсмических, гидроакустических и сейсмоакустических измерений в море или на суше (в том числе и в скважинах), так и в составе распределенных антенных систем ледового класса, предназначенных для мониторинга покрытых дрейфующими льдами морских акваторий Арктики. Геогидроакустический ледовый буй представляет собой законченный информационно-измерительный автономный прибор, в составе которого предусмотрено применение как сменных приемных модулей – комбинированных векторно-скалярных гидроакустических (0.01–2.5 кГц) и широкополосных молекулярно-электронных (0.03–50 Гц) приемников нового поколения, так и авторских средств оцифровки принимаемой информации, записи во внутреннюю память и последующей оперативной передачи получаемых научных данных. Информационно-измерительная система построена на основе 24-битного аналого-цифрового преобразователя, обеспечивающего регистрацию сигналов в большом динамическом диапазоне, что позволяет выполнять измерения при помощи аналоговых широкополосных датчиков как в пассивном, так и в активном режимах. Отличительной особенностью геогидроакустического буя является интеграция в его состав элементов питания, что обеспечивает возможность надёжной автономной работы всей измерительной системы в течение нескольких недель. Результаты продолжительных лабораторно-стендовых испытаний, проведённых в геофизической обсерватории ГС РАН в г. Обнинск, показали высокие технические возможности разработанных геогидроакустических буёв нового поколения. Сопоставительный анализ при измерении сигналов, вызванных микросейсмическим шумом и телесейсмическими землетрясениями, подтвердил, что предлагаемый измерительный прибор не уступает мировым аналогам по ключевым характеристикам.

Ключевые слова: сейсмометр, буй, молекулярно-электронный преобразователь, АЦП, гео-гидроакустическое волновое поле, информационно-измерительная система, антенна ледового класса.

Цитируйте эту статью как: Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Агафонов В.М., Собисевич Л.Е. Вмораживаемый автономный геогидроакустический буй нового поколения // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 1. С.25–34. [Тематический выпуск “Прецизионный геофизический мониторинг природных опасностей. Часть 1. Приборы и технологии”]. DOI: 10.21455/std2018.1-3

Агафонов В.М., Авдюхина С.Ю., Егоров Е.В., Собисевич А.Л., Собисевич Л.Е. Патент РФ № 2650839 // Б. И. 2018. № 11.

Агафонов В.М., Егоров И.В., Шабалина А.С. Принципы работы и технические характеристики малогабаритного молекулярно-электронного сейсмодатчика с отрицательной обратной связью // Сейсмические приборы. 2013. Т. 49, № 1. С.5–18.

Антонов А.Н., Авдюхина С.Ю., Егоров И.В., Жостков Р.А., Лиходеев Д.В., Преснов Д.А., Шабалина А.С. Широкополосная сейсмическая станция для сейсморазведки на морском дне и в транзитной зоне на основе молекулярно-электронных датчиков // Материалы научно-практической конференции “Сейсмические технологии-2017”. 2017. С.64–67.

Асминг В.Э., Баранов С.В., Виноградов Ю.А., Воронин А.И. Сейсмоинфразвуковой мониторинг на Шпицбергене // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48, № 3. С. 32–45.

Асминг В.Э., Баранов С.В., Виноградов А.Н., Виноградов Ю.А., Федоров А.В. Использование инфразвукового метода для мониторинга деструкции ледников в арктических условиях // Акустический журнал. 2016. Т. 62, № 5. С. 582–591. DOI: 10.7868/S0320791916040031

Виноградов Ю.А., Асминг В.Э., Баранов С.В., Федоров А.В., Виноградов А.Н. Сейсмо-инфразвуковой мониторинг деструкции ледников (пилотный эксперимент на архипелаге Шпицберген) // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50, № 1. С.5–15.

Горбенко В.И., Жостков Р.А., Лиходеев Д.В., Преснов Д.А., Собисевич А.Л. Вопросы применимости молекулярно-электронных сейсмоприемников в пассивной сейсморазведке на примере изучения глубинного строения Калужской кольцевой структуры по данным анализа поверхностных волн // Сейсмические приборы. 2016. Т. 52, № 3. С.5–19.

Гордиенко В.А., Гончаренко Б.И., Илюшин Я.А. Особенности формирования векторно-фазовой структуры шумовых полей океана // Акустический журнал. 1993. Т. 39, № 3. С.455–466.

Дмитриченко В.П., Преснов Д.А., Руденко О.В., Собисевич А.Л., Собисевич Л.Е., Сухопаров П.Д., Тихоцкий С.А., Шуруп А.С. Патент РФ № 2646528 // Б. И. 2018. № 7.

Преснов Д.А., Жостков Р.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. Натурные наблюдения сейсмоакустических волн в условиях покрытого льдом водоема // Изв. РАН. Сер. физ. 2017. Т. 81, № 1. С.76–80. DOI: 10.7868/S0367676517010239

Рогожин Е.А., Антоновская Г.Н., Капустян Н.К. Современное состояние и перспективы развития системы сейсмического мониторинга Арктики // Вопросы инженерной сейсмологии. 2015. Т. 42, № 1. С. 58–69.

Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Жостков Р.А., Собисевич Л.Е., Шуруп А.С., Лиходеев Д.В., Агафонов В.М. Геогидроакустический шумовой мониторинг подледных акваторий северных морей // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96, № 3. С.31–46. [Тематический выпуск “Прикладная геофизика: новые разработки и результаты. Часть 1. Сейсмология и сейсморазведка”]. DOI: 10.21455/std2017.3-1

Федоров А.В., Асминг В.Э. Мониторинг активности ледников Шпицбергена сейсмическим методом // Наука и технологические разработки. 2015. Т. 94, № 4. С. 44–52.

Agafonov V.M., Neeshpapa A.V., Shabalina A.S. Electrochemical Seismometers of Linear and Angular Motion. Encyclopedia of Earthquake Engineering. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2015. DOI: 10.1007/978-3-642-36197-5_403-1

СОБИСЕВИЧ Алексей Леонидович – доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-30-60. E-mail: alex@ifz.ru

ПРЕСНОВ Дмитрий Александрович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-30-60. E-mail: presnov@physics.msu.ru

АГАФОНОВ Вадим Михайлович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вакуумной электроники, Московский физико-технический институт (государственный университет). 141701, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9. E-mail: agvadim@yandex.ru

СОБИСЕВИЧ Леонид Евгеньевич – доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-30-60. E-mail: sobis@ifz.ru

NAUKA I TEKHNOLOGICHESKIE RAZRABOTKI (SCIENCE AND TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS), ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, DOI: 10.21455/std; https://elibrary.ru/title_about.asp?id=32295; http://std.ifz.ru/. The journal was founded in 1992.

1 Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

2 Moscow Institute of Physics and Technology, Moscow region, Dolgoprudny, Russia

‒ new information-measuring platform and software for seismic equipment have been developed

‒ the group of autonomous geohydroacoustic buoys have been created for ice-class antenna systems

‒ carried out long-term comparative measurements under conditions of geophysical observatory

Abstrcat. Results of development, creation of prototypes and full-scale tests of geohydroacoustic measuring buoys of the new generation are presented. They are designed to be used independently as acoustic, hydroacoustic and seismoacoustic measurements in the sea or on land, as well as in the distributed ice-class antenna systems intended for monitoring of the Arctic waters covered with drifting ice. The geohydroacoustic ice buoy represents a complete information-measuring stand-alone device, which includes the use of removable vector hydroacoustic receiving modules (0.01–2.5 kHz) and broadband molecular-electronic receivers (0.03–50 Hz) of a new generation, as well as original tools for digitizing geohydroacoustic information, recording in internal memory and subsequent operational transmission obtained scientific data. The information-measuring system is based on a 24-bit analog-to-digital converter that provides recording of signals in a large dynamic range, which makes it possible to perform measurements with analog broadband sensors in both passive and active modes. A distinctive feature of the geohydroacoustic buoy is the integration in its composition of power elements, this leads to the possibility of reliable autonomous operation of the entire measuring system for several weeks. The results of long laboratory bench tests conducted at the geophysical observatory of the GS RAS in Obninsk showed high technical capabilities of the new generation of geohydroacoustic buoys. Comparative analysis in the measurement of signals caused by microseismic noise and teleseismic earthquakes, confirmed that the proposed measuring instrument is not inferior in its key indicators to the world analogues.

Keywords: seismometer, buoy, molecular-electronic sensor, ADC, geohydroacoustic wave field, information-measuring system, ice class antenna.

Cite this article as: Sobisevich A.L., Presnov D.A., Agafonov V.M., Sobisevich L.E. Autonomous geohydroacoustic ice buoy of new generation, Nauka i Tekhnologicheskie Razrabotki (Science and Technological Developments), 2018, vol. 97, no. 1, pp. 25–34. [Special issue “Precise Geophysical Monitoring of Natural Hazards. Part 1. Instruments and Technologies”]. [in Russian]. DOI: 10.21455/std2018.1-3

Agafonov V.M., Avdyukhina S.Yu., Egorov E.V., Sobisevich A.L., Sobisevich L.E. Patent RF no. 2650839, Byulleten’ izobreteniy (Bulletin of Inventions), 2018, no. 11 [in Russian].

Agafonov V.M., Egorov I.V., Shabalina A.S. Operating principles and technical characteristics of a small-sized molecular-electronic seismic sensor with negative feedback, Seismic Instruments, 2014, vol. 50, no. 1, pp. 1–8. DOI: 10.3103/S0747923914010022

Antonov A.N., Avdyukhina S.Yu., Egorov I.V., Zhostkov R.A., Likhodeev D.V., Presnov D.A., Shabalina A.S. Broadband seismic station for seismic prospecting on the seabed and in the transit zone based on molecular-electronic sensors, Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii “Seismicheskie tekhnologii-2017” (Proceedings of the scientific and practical conference “Seismic Technologies-2017”), 2017, pp. 64–67 [in Russian].

Asming V.E., Baranov S.V., Vinogradov Yu.A., Voronin A.I. Seismic and infrasonic monitoring on the Spitsbergen archipelago, Seismic Instruments, 2013, Vol. 49, No. 3, pp. 209–218. DOI: https://doi.org/10.3103/S074792391303002X

Asming V.E., Baranov S.V., Vinogradov A.N., Vinogradov Yu.A., Fedorov A.V. Using an infrasonic method to monitor the destruction of glaciers in arctic conditions, Acoustical Physics, 2016, Vol. 62, No. 5, pp. 583–592. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063771016040035

Fedorov A.V., Asming V.E. Monitoring of Spitsbergen glaciers activity by seismic method, Nauka i Tekhnologicheskie Razrabotki (Science and Technological Developments), 2015, Vol. 94, No. 4, pp. 44–52. [in Russian].

Gorbenko V.I., Zhostkov R.A., Likhodeev D.V., Presnov D.A., Sobisevich A.L. Feasibility of using molecular-electronic seismometers in passive seismic prospecting: Deep structure of the Kaluga ring structure from microseismic sounding, Seismic Instruments, 2017, vol. 53, No. 3, pp. 181–191. DOI: 10.3103/S0747923917030045

Gordienko V.A., Goncharenko B.I., Ilyushin Ya.A. Peculiarities of the formation of vector-phase structure of ocean noise fields, Akusticheskij zhurnal (Acoustic Journal), 1993, vol. 39, no. 3, pp. 455–466 [in Russian].

Dmitrichenko V.P., Presnov D.A., Rudenko O.V., Sobisevich A.L., Sobisevich L.E., Sukhoparov P.D., Tikhotsky S.A., Shurup A.S. Patent RF no. 2646528, Byulleten’ izobreteniy (Bulletin of Inventions), 2018, no. 7 [in Russian].

Presnov D.A., Zhostkov R.A., Sobisevich A.L., Shurup A.S. On-site observations of seismoacoustic waves under the conditions of an ice-covered water medium, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2017, vol. 81, no. 1, pp. 68–71. DOI: 10.3103/S1062873817010233

Rogozhin E.A., Antonovskaya G.N., Kapustian N.K. Current state and prospects of the development of an Arctic seismic monitoring system, Seismic Instruments, 2016, Vol. 52, No. 2, pp. 144–153. DOI: https://doi.org/10.3103/S0747923916020079

Sobisevich A.L., Presnov D.A., Zhostkov R.A., Sobisevich L.E., Shurup A.S., Likhodeev D.V., Agafonov V.M. Geohydroacoustic noise monitoring of the under-ice waters of the northern seas, Nauka i tekhnologicheskie razrabotki (Science and Technological Developments), 2017, vol. 96, no. 3, pp. 3–18. [Special issue “Applied Geophysics: New Developments and Results. Part. 1. Seismology and Seismic Exploration”]. [in Russian]. DOI: 10.21455/std2017.3-1

Vinogradov Yu.A., Asming V.E., Baranov S.V., Fedorov A.V., Vinogradov A.N. Seismic and infrasonic monitoring of glacier destruction: A pilot experiment on Svalbard, Seismic Instruments, 2015, Vol. 51, No. 1, pp. 1–7. DOI: https://doi.org/10.3103/S0747923915010119

SOBISEVICH Alexey Leonidovich – Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Head of the Laboratory, Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: (499) 254-30-60. E-mail: alex@ifz.ru

PRESNOV Dmitry Alexandrovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Research Associate, Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: (499) 254-30-60. E-mail: presnov@physics.msu.ru

AGAFONOV Vadim Mikhailovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Department of Vacuum Electronics, Moscow Institute of Physics and Technology. 141701, Moscow Region, Dolgoprudny, Institutskii per. 9. E-mail: agvadim@yandex.ru

SOBISEVICH Leonid Evgenievich – Doctor of Technical Sciences, Chief researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: (499) 254-30-60. E-mail: sobis@ifz.ru

НАУКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ,

2018, том 97, № 1, с. 25-34