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光纤光栅地震检波器研究

余俊  
【摘要】:地震检波器是一种将机械振动转换为电信号的机电转换装置,是应用于地球物理勘探及工程测量领域的专用传感器,是为了接收和记录地震波而专门设计的一种精密装置,它性能的好坏直接影响地震记录质量和地震资料的解释工作,它是地震勘探数据采集中最重要的一个环节。本文使用布拉格光纤光栅制做的地震检波器,其探测系统由光纤布拉格光栅制成,采集的传感信息包含在波长上,直接对波长进行调制解调,与常规检波器相比,具有分辨率高、精度高、抗干扰能力强、频带宽等优点,符合当前地震勘探领域对检波器提出的新要求。 文章按照理想波导模展开法推导了传输模式耦合方程,给出了光纤Bragg光栅的反射特性与光纤光栅的参数(光栅长度、耦合系数)之间的关系。研究了光纤Bragg光栅对温度和压力的传感机理,重点研究了光纤Bragg光栅对振动波的传感机理。 FBG的解调技术是当前FBG传感技术研究领域的重点和难点之一,目前国内不少部门和研究单位对其解调技术进行了很多研究,但是大多数处于实验室研究阶段,离实用化工程化,产品化的标准还有相当距离。本文基于现有的滤波法、干涉法和可调窄带光源法等光纤光栅的波长解调方法,提出了一种新的解调法。该方法基于光纤光栅匹配滤波技术,利用DSP技术监测传感光栅反射光谱的漂移,自动调节PZT的驱动电压,使解调光栅受压电陶瓷驱动,对传感光栅反射光谱的漂移进行调解。该方法将能大大提高传统匹配光纤光栅滤波解调法的解调频率范围和解调系统灵敏度。 本文所作的主要工作包括: (1)分析了光纤Bragg光栅地震检波器的基本原理。 (2)对光纤光栅传感器解调技术在国内外的研究现状进行了较为全面的分析,比较了各个解调方法的优点及局限性,提出一种新的解调方法。并提出了基于该解调方案的解调仪设计思路。 (3)设计了一种新型布拉格光纤光栅地震检波器探测系统,分析了其设计原理、结构组成,给出了探测系统的灵敏度和频率特性参数。 (4)设计了布拉格光纤光栅地震检波器系统结构,并对系统中各组成部分进行了讨论。 (5)设计了一套测试系统对探测系统进行测试,对测试结果做了定性分析。


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