光纤布拉格光栅地震检波解调技术的研究

论文摘要

地震检波器是在地质勘探和工程测量领域中的一种专用传感器,它能将地面振动转变为各类信号(其中最主要为电信号),在地震勘探数据采集的过程中,它是至关重要的一环,其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。近年来,由于石油工业和电子工业的迅猛发展,极大地推动了地震勘探技术的发展。因而对地震数据采集的精度和质量要求也越来越高,即要求具有高分辨能力、高抗干扰能力、高信噪比、高保真度、高精确度和大动态范围的地震检波器。在振动传感领域中,比起传统的探测器,用光纤光栅作为传感器具有高灵敏度、大动态范围、强抗干扰能力、波长编码信号,便于构成分布式传感网络等诸多独特的优点。如何检测、处理传感光栅中心波长的微小偏移量,即对波长编码的信号实现解调是整个光纤布拉格光栅传感系统实用化的关键。本文基于边缘滤波解调技术,利用改进的掺铒超荧光光源做边缘滤波器,采用LabVIEW软件来实现对解调信号的采集、处理和显示等,实现了对地震信号的解调。本文所作的工作主要包括：(1)介绍了光纤布拉格光栅传输理论模型及其传感原理；分析了光纤布拉格光栅地震检波器的基本原理。(2)对常见的几种解调方法的优缺点进行了分析和比较,选定了一种光源作为滤波器件的边缘滤波解调方案；对解调系统的光路和电路组成部分进行了研究和设计,搭建实验系统。(3)对实验系统进行动态振动传感实验,分析实验结果,总结解调方案的优缺点,并对实验误差进行分析。(4)提出了一种基于边缘滤波法和匹配光栅法的振动和温度同时测量的解调方案。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 地震检波器的研究现状和水平
• 1.1.1 地震检波器的技术背景
• 1.1.2 国内外地震检波器的发展
• 1.2 光纤光栅传感技术及发展
• 1.3 本课题的提出和研究意义
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 光纤布拉格光栅传感特性研究
• 2.1 光纤布拉格光栅基本理论
• 2.1.1 光纤布拉格光栅的基本结构和传感基本原理
• 2.1.2 光纤布拉格光栅的种类
• 2.2 光纤光栅中光波的传输特性
• 2.2.1 耦合模式法
• 2.2.2 均匀光纤布拉格光栅的耦合模方程及求解
• 2.3 光纤光栅传感特性
• 2.3.1 温度传感特性
• 2.3.2 应力传感特性
• 2.3.3 温度和应变交叉敏感特性
• 2.4 光纤光栅地震检波器的原理分析
• 2.4.1 光纤光栅振动传感技术
• 2.4.2 光纤光栅振动传感器数学模型
• 2.5 光纤光栅地震检波器的研究
• 2.6 小结
• 第三章 光纤光栅解调技术
• 3.1 常用光纤光栅解调方法
• 3.1.1 光谱仪（或单色仪）分析法
• 3.1.2 滤波法
• 3.1.3 干涉法
• 3.1.4 可调谐光源法
• 3.1.5 匹配光栅法
• 3.2 小结
• 第四章 基于光源高精度滤波的光纤光栅地震检波解调技术的研究
• 4.1 解调方案的确定
• 4.1.1 解调方案的选择
• 4.1.2 解调系统总体方案的设计
• 4.2 基于光纤光栅边缘滤波解调方案的光路设计
• 4.2.1 光源
• 4.2.2 光纤隔离器
• 4.2.3 光纤耦合器
• 4.2.4 传感光栅
• 4.3 解调方案的电路系统
• 4.3.1 光电探测器
• 4.3.2 信号调理电路设计
• 4.3.3 数据采集模块
• 4.4 解调方案的软件设计
• 4.4.1 LabView软件简介
• 4.4.2 用LabVIEW设计虚拟仪器的方法
• 4.5 一种振动和温度同时测量的解调方案
• 4.6 小结
• 第五章 解调方案的实验与结果分析
• 5.1 光纤光栅振动传感实验研究及结果分析
• 5.2 解调系统误差分析
• 5.2.1 误差来源
• 5.2.2 误差分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作总结
• 6.2 后期工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 详细摘要