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新型纤栅式地震检波器的研究

刘杰  
【摘要】: 地震检波器是一种用于地球物理勘探及工程测量领域的专用传感器,是一种将机械振动转换为电信号的机电转换装置,是为了接收和记录地震波而专门设计的一种精密装置,它的性能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系统中最重要的一个环节。 传统地震检波器存在频带窄、动态范围小、精度和分辨率低、抗干扰性能差等缺点,已经越来越不能满足现代地震勘探的要求。光纤光栅作为目前最有发展前途、最具有代表性的光纤无源器件之一,若将其用于振动传感则具有传统地震检测手段无可比拟的优势:(1)用波长编码信号,便于构成分布式传感网络;(2)工作频带宽;(3)灵敏度高;(4)动态范围大;(5)抗干扰能力强。 本文研发了一种新型的光纤光栅地震检波器,并首次提出基于窄带DFBLD解调光栅的解决方案。论文主要从以下几个方面展开研究: (1)全面了解光纤光栅传感领域的最新发展状况和地震检波领域的最新发展动态,确立该课题研究的实际意义。 (2)系统介绍了光纤Bragg光栅及其传感原理;分析了温度和应变以及二者交叉敏感对传感特性的影响;对光纤光栅各种解调技术做了系统的论述并重点分析和比较了各种解调方案的优缺点。 (3)系统介绍了光纤Bragg光栅地震检波器探头的结构和工作原理,并对其灵敏度进行了详尽的理论分析,最后对探头的封装做了介绍。 (4)提出了一种全新的解调方案,对解调方案中光路系统和光电信号处理系统的具体设计做了介绍,并重点介绍了单片机自动控温及3dB工作点的锁定部分的设计。 (5)搭建了振动测试系统,测试了传感器的各项指标,并对系统性能进行了分析。 实验与测试结果表明,本文设计的地震检波系统,传感探头可承受最大至10g的加速度,解调系统灵敏度可达785mV/m/s2,最小分辨率达到1m/s2。此外,本文还对地震检波器下一步的研究工作作了展望。


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