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光栅谐振子检测地震波的理论和方法研究

李淑清  
【摘要】: 地震勘探工作中,地震勘探仪器通过地震检波器接收地震波信号。地震检波器的性能好坏,直接影响着地震记录质量和地震资料的解释工作。本课题在深入地分析与研究地震波特性和现有地震波检测方法的基础上,以光栅谐振子作敏感元件,完成了光栅谐振子检测地震波的理论研究、方法研究和检测装置的设计与实验研究。主要包括: 1.设计了光栅谐振子检测地震波装置。主要包括结构设计、光栅谐振子设计、光学系统设计、阻尼系统设计等。外壳采用轻质铝合金材料,光栅谐振子的“弹簧——质量系统”由主光栅、横向限振片和阻尼筒组成。光栅谐振子采用铝制光栅支架固定主光栅,通过具有横向限振功能的弹簧片与外壳连接,拾取被测地震波信号。光学系统由源系统、指示光栅和光电接收元件组成。光学系统采用白光灯加准直镜,以平行光照射光栅面,通过光栅副产生莫尔条纹。 2.对阻尼系统进行了深入地研究。采用涡流阻尼原理,将阻尼筒与谐振子光栅支架进行一体化设计,磁钢则固定于与外壳相连的阻尼调节机构上,根据需要可准确调整阻尼比大小,实现了弹性系统阻尼的连续可调。 3.研究了基于光栅倍增技术的提高系统灵敏度方法。采用不同参数的主光栅和指示光栅组成谐振子,指示光栅采用闪耀光栅以提高莫尔条纹的对比度,主光栅为振幅型粗光栅。 4.实现了光栅振动检测系统构成与信号再现,将光栅传感器、硬件辨向与细分电路、PIC单片机细分单元和计算机相结合,构成了测试系统,利用软件实现被测振动信号的再现,并完成了对光栅测振系统的性能分析。 5.对光栅谐振子检测地震波装置进行了实验研究。光栅地震检波器性能测试系统是保证检波器性能分析的必要手段,本文设计了光栅数字地震检波器静态和动态特性测试系统,对光栅谐振子检测地震波装置进行了性能测试与分析。为了验证该检测装置能够真实再现地震波信号,本文完成了被测信号重构系统及与现有地震采集站的衔接技术。 本研究成果可用于石油、矿藏、地热、工程和水文地质等地震勘探领域。特别是应用于高精度、高分辨力地球物理勘探。


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