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光纤加速度传感器若干关键技术研究

曾楠  
【摘要】:本论文工作得到国家高技术研究发展计划:海洋“863”渤海重大专项课题“海上时移地震油藏监测技术”的资助。论文主要研究光纤加速度传感技术,具体研究目标是用三分量光纤加速度传感器实现油藏监测中的VSP地震检波测量。与原有电传感技术相比,采用光纤传感技术进行加速度检测可以保证高工作性能和不受电磁干扰、更适用于井下的高温高压、易燃易爆环境,更易复用和形成传感网络。 论文工作针对光纤加速度传感研究现有报道中存在的不足,结合VSP实用检测设备的要求,对光纤加速度传感中的传感结构、调制原理、关键参数、综合性能均进行了深入研究。论文全文从两个角度报道了博士课题期间所完成的研究工作: 论文首先从光纤加速度传感方案的设计入手,根据不同的加速度检测机械结构和不同的光纤调制机理,分别研究了三类光纤加速度传感方案:波长调制型的光纤光栅悬臂梁结构、相位调制型的膜片式结构和顺变柱体结构。论文工作对这三类传感方案各自建立了完整的加速度检测系统,验证了加速度测量的可行性,推导了三类方案在加速度传感过程中从力学到光学的完整理论,通过对三类方案的分析比较,最终选定了适用于井下VSP检测设备的定型方案——复合顺变柱体式传感方案,该实用化方案已经进展到现场组装测试阶段。 在对多种加速度传感方案的大量研究基础上,论文后半部分从光纤加速度传感系统的通用性能出发,重点分析了灵敏度、工作频带、交叉去敏度和检测极限几个关键指标,详细讨论了各项指标的制约因素和改善途径。论文首次提出反映光纤加速度传感系统方向性特征的交叉去敏度的分析模型,综合分析了光纤加速度传感系统中存在的噪声。对各种设计制作因素的共性分析为构造一个实用的光纤加速度传感系统提供了全面的设计和改进依据。


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