2023年长周期光纤光栅在地震检波器中的应用.doc

长周期光纤光栅在地震检波器中的应用 摘 要: 地震方法是地震勘探中相当重要的一局部，而地震检波器是地震勘探中最重要的环节，其性能直接影响到地震勘探的精度。 基于长周期光纤光栅能透射特定波长、无后向反射等优点，本文提出了一种新型的长周期光纤光栅地震检波器系统。本文以长周期光纤光栅相位匹配条件为根底，推导出了长周期光纤光栅地震检波器的灵敏度公式。并通过牛顿第二定律建立了长周期光纤光栅检波器的力学模型，推导出了地震检波器的传递函数。最后，利用实例仿真得到了该长周期光纤光栅地震检波器系统的幅频特性曲线图，并通过模拟仿真证明了长周期光纤光栅用于地震检波器的可行性。而且通过改变光纤的长度、质量块的质量、阻尼系数等参量可以得到很好的频率特性与灵敏度，这为提高该系统的性能指明了方向。 关键词: 长周期光纤光栅；耦合理论；地震检波器；传递函数；幅频特性 Long period fiber grating is used in the geophone Abstract: Seismic exploration method is an extraordinary important portion of the seismic exploration, while seismic geophone is the first link in the normal working of seismic exploration instrument. The performance of the seismic geophone influences the whole seismic exploration technology. Based on the narrow band transmission and free of back reflection features of long period fiber grating, a new type of long period fiber gratings (LPFGs) geophone is presented in this paper. The sensitivity of the long period fiber grating geophone system is deduced with the phase matching of long period fiber grating as preconditions. The mechanic model of the long period fiber grating geophone is established by Newton laws, and the transfer function of the geophone is deduced. The amplitude-frequency characteristics of the long period fiber grating geophone is achieved and its feasibility is proved by simulating a simple example. The proper frequency feature and sensitivity can be achieved by changed the length of optical fiber, the mass of mass block and the damping factor, which points a new way for improving the performance of this system. Key words： Long period fiber grating; Coupling theory; Geophone；Geophone transfer function; Amplitude-frequency characteristic 目 录 第一章 绪论 1 1.1 地震勘探技术及应用 1 1.2 光纤地震检波器的研制背景 1 1.3 本论文的研究目的 3 第二章 地震检波器 4 2.1 地震检波器的开展 4 2.2 地震检波器的类型、原理及特性 4 2.2.1 常规地震检波器 4 2.2.2 数字地震检波器 8 2.2.3 超级地震检波器〔高精度检波器〕 9 2.2.4 光纤式检波器 10 2.2.5 压阻式地震检波器 10 2.3 地震检波器的技术指标 11 第三章 光纤光栅 13 3.1 光纤光栅的概念 13 3.2 光纤光栅的开展 13 3.3 光纤光栅的分类 15 3.3.1 根据周期分类 15 3.3.2 根据波导结构分类 16 2.3.3 根据形成机理分类 19 3.3.4 根据折射率调制分类 19 3.3.5 根据材料分类 20 第四章 长周期光纤光栅 21 4.1 长周期光纤光栅研究概况 21 4.2 长周期光纤光栅的理论 22 4.2.1 耦合模理论 23 4.2.2 长周期光纤光栅耦合模的理论分析 24 4.3 长周期光纤光栅轴向应变特性理论分析 25 4.3.1 长周期光纤光栅的温度特性理论分析 26 4.3.2 长周期光纤光栅的轴向应变特性的理论分析 27 4.4 长周期光纤光栅在实际中的应用 30 第五章 基于长周期光纤光栅的地震检波器的理论分析 32 5.1 传感器的结构设计 32 5.2 灵敏度的分析 33 5.3 系统传递函数的推导 35 5.4 基于长周期光纤光栅地震检波器的理论模拟 36 5.5 结构参数的选择范围 39 第六章 总结 42 参考文献 43 致 谢 45 附 录 46