光纤光栅地震检波器解调技术研究

摘要

随着地震检波技术的迅速发展，对其频率、动态范围、精度及分辨率的要求也日益提高，而传统的地震检波器已经不能满足现在地震勘探的要求。光纤光栅是目前最有发展前途、最具有代表性的光纤无源器件，使用光纤光栅制作的地震检波器，具有传统探测器无可比拟的优点：用波长编码信号，便于构成分布式传感网络；灵敏度高；动态范围大；抗干扰能力强，符合当前地震勘探领域对检波器提出的新要求。
　　目前光纤光栅传感器实际应用的最主要障碍就是传感信号的解调,正在研究的光纤光栅传感解调方法有很多,但能够实际应用的解调产品并不多,而且价格昂贵。波长信号解调是光纤光栅解调技术中应用非常广泛的技术。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光栅传感系统实用化的关键。本文基于光纤光栅匹配解调技术，采用DSP和Labview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。实验表明该解调系统电压分辨率为0.732mV，波长分辨率为5pm，动态范围达到70dB。
　　本文主要做了如下工作：
　　1.介绍了光纤光栅传输理论模型及其传感原理,分析和比较了几种典型解调方案的优缺点。
　　2.从解调系统的功能和设计要求出发，选定光纤光栅匹配解调方案，并设计了方案中光路系统和光电信号的处理系统；选用DSP和Labview作为后续数据处理的核心，搭建了实验系统。
　　3.给出了系统核心部分的软硬件调试结果，并通过实验测试和结果分析，证实了该实验系统设计方案的可行性和合理性。通过优化软硬件设计和增加A/D采集点数，可进一步提高系统检测的精度和分辨率。

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第一章 绪论

1.1 光纤光栅简要发展史及光纤光栅传感技术

1.2 地震检波器概况

1.3 地震检波器的现状

1.4 地震检波器发展动向

1.5 本论文的研究目的和意义

1.6 本论文的主要研究内容及创新点

第二章 光纤光栅地震检波器的基本原理

2.1 引言

2.2 光纤光栅的分类

2.3 光纤光栅的优点

2.4 光纤光栅传感原理

2.5 小结

第三章 光纤光栅传感信号解调技术

3.1 光谱分析法

3.2 线性边缘滤波解调法

3.3 可调谐光纤 F-P 滤波解调法

3.4 非平衡 M-Z 干涉法

3.5 非平衡迈克尔逊干涉仪解调法

3.6 相位压缩原理

3.7 可调谐窄带光源解调法

3.8 锁模调制解调法

3.9 环形腔光纤激光器激射解调法

3.10 应用阵列波导光栅的分布式 FBG 的快速解调法

3.11 可调谐匹配光栅滤波法

3.12 小结

第四章 基于光纤光栅地震检波器解调系统的研究

4.1 解调系统总体设计方案及工作原理

4.2 解调系统的详细功能设计与内部实现

4.3 DSP 及其硬件外围接口

4.4 Labview 数据处理设计

4.5 系统抗干扰设计

4.6 光纤光栅匹配解调法改进方案设计

4.7 小结

第五章 光纤光栅地震检波器解调系统的实验结果

5.1 硬件调试结果

5.2 软件调试结果

5.3 解调系统实验结果

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文