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当今世界,油气资源在国民经济发展中起着非常重要的作用。而地震勘探法作为油气勘探中最主要的地球物理方法,经过多年的发展,有了很大的进步,但作为地震数据采集的最关键部件—地震检波器,虽然在性能上得到了一定的改进,然而由于其自身的一些缺点,仍不能满足现代地震勘探技术的要求。光纤光栅传感技术的出现和发展,给人们以新的思路,它从根本上突破传统检波器的限制,将给地震勘探技术带来新的活力,并对其产生重大影响。
如何检测出传感光纤光栅中心波长的微小偏移量,即波长解调技术是光纤光栅传感系统的关键。本文系统地介绍了几种常用的解调方法并对其各自的优缺点进行了深入的分析,重点研究了一种适用于光纤光栅地震检波器的信号解调系统。论文的主要工作有以下几个方面:
首先,介绍了地震波理论及光纤布拉格光栅传感的基本原理,并根据其应变传感机理,设计了一种基于等强度悬臂梁的光纤光栅地震检波器,其结构简单,可以通过改变梁的参数以满足不同需要的地震波检测。
其次,根据线性边沿滤波法原理,研究了一种基于光源光谱形状的信号解调方案,利用光谱中的线性区域,实现光纤光栅传感波长编码信号的解调。详细分析了光源的输出功率谱形状,通过调节光源参数,提高了波长检测灵敏度,系统的一个显著特点是掺铒超荧光光源既作为整个系统的光源,又作为边沿滤波器,并且无机械调谐元件,很适合光纤光栅地震检波器动态信号的解调。
最后,搭建实验测试系统。由静态实验结果可知,系统的波长分辨率较高;在动态特性实验研究中,通过对比分析光纤光栅地震检波器系统和高精度差动变压器式位移传感器的测量结果,得出在相同的条件下,二者的动态响应特性具有很好的一致性,从而验证了系统方案的合理性和可行性。