地震监测中的光纤加速度传感器研究

论文摘要

能够及时、准确的对地震进行预报，就可以挽救成千上万的生命和数以千亿的财产。光纤加速度传感器作为用于地震监测的重要仪器之一，具有较高的灵敏度、较宽的频率范围、体积小、结构简单、抗外界干扰能力强等优点。本论文的研究重点就是基于光纤布拉格光栅的地震光纤加速度传感器。本论文阐述了光纤布拉格光栅的传感原理，包括其理论模型的描述，应变传感模型和温度传感模型的分析，介绍了光纤光栅在光纤通信系统中的应用，对光纤布拉格光栅的制作工艺进行了说明，详细分析了一般的地震加速度传感器的原理，在此基础之上，设计了一种基于光纤布拉格光栅的纵向光纤加速度传感器，整个结构由光纤布拉格光栅、铜质质量块、金属弹簧、铝合金圆筒和底座组成。对其原理和特性进行了分析，对光纤光栅传感信号的解调原理也进行了阐述，提出了一种与纵向传感器类似的横向光纤加速度传感器结构，实现了对三维加速度的测量。对纵向和横向地震光纤加速度传感器的灵敏度进行了实验测试。结果表明，基于光纤布拉格光栅的纵向光纤加速度传感器的灵敏度是652pm/g，相对误差是7.27%，横向光纤加速度传感器的灵敏度为2.386×105pm/g，比一般传感器的灵敏度好2个量级，满足对地震监测的需求。并且对实验中的误差进行了分析，给出了改进措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 光纤加速度传感器的国内外研究进展
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 2 地震光纤加速度传感器的基础
• 2.1 引言
• 2.2 光纤布拉格光栅的传感基础
• 2.3 光纤布拉格光栅的制作工艺
• 2.4 本章小结
• 3 地震光纤加速度传感器结构的方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 地震加速度传感器的一般研究方法
• 3.3 基于光纤布拉格光栅的纵向光纤加速度传感器传感头的结构设计
• 3.4 基于光纤布拉格光栅的纵向光纤加速度传感器的解调方法
• 3.5 基于光纤布拉格光栅的纵向光纤加速度传感器特性分析
• 3.6 横向光纤加速度传感器的结构与分析
• 3.7 本章小结
• 4 地震光纤加速度传感器的实验测试
• 4.1 引言
• 4.2 光纤加速度传感器的实物制作
• 4.3 光纤布拉格光栅的应力测试
• 4.4 纵向光纤加速度传感器的灵敏度测试
• 4.5 横向光纤加速度传感器的灵敏度测试
• 4.6 实验误差分析和改进的措施
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文