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高精度光纤光栅传感技术及其在地球物理勘探、地震观测和海洋领域中的应用 被引量：21
1
作者 张文涛 黄稳柱 李芳 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期90-104,共15页
随着特种光纤光栅刻写制作技术以及信号解调技术的发展,光纤光栅传感器的测量精度和测量频带不断得到提升,这大大促进了其在地球物理勘探、地震观测以及海洋观测等具有高精度探测需求的领域中的应用。当前,高精度宽频带光纤光栅传感器... 随着特种光纤光栅刻写制作技术以及信号解调技术的发展,光纤光栅传感器的测量精度和测量频带不断得到提升,这大大促进了其在地球物理勘探、地震观测以及海洋观测等具有高精度探测需求的领域中的应用。当前,高精度宽频带光纤光栅传感器的发展依然面临一些核心器件与关键技术方面的挑战,包括高精细度光纤光栅谐振腔、低噪声窄线宽可调谐激光光源等核心器件,高精度宽频带光纤光栅波长解调技术、大规模组网技术、高灵敏度信号拾取探头设计等关键技术。本文首先介绍了高精度光纤光栅传感技术的发展概况,然后重点阐述高精度光纤光栅传感系统所需的核心器件与关键技术,并对其在地球物理勘探、地震观测和海洋观测中的应用情况进行分析探讨,最后对高精度光纤光栅传感技术及其应用作了展望。本文旨在分析总结高精度光纤光栅传感技术及其应用中涉及的一些核心技术和急需解决的关键问题,以期为该项技术的发展和应用提供借鉴。 展开更多
关键词 光纤光栅传感器 高精度 地球物理勘探 地震观测 海洋观测
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基于分布式光纤声传感火车噪声属性的车型识别及运行规律 被引量：1
2
作者 郑兴鹏 邢磊 +3 位作者 张汉羽 徐团伟 刘怀山 吴时国 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2850-2862,共13页
火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光... 火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光纤声传感是一种新兴的地震采集技术,拥有密集采样、布设简单、抗电磁干扰能力强等优点,近年来在城市交通事件微震监测、裂隙探测和地下空间成像领域逐步应用.本研究基于分布式光纤声传感技术获得的秦皇岛试验场火车移动噪声数据,拾取了30个火车交通事件,开展火车噪声视速度、波形和频谱、能量时空变化的属性分析.结果表明:试验区光纤传感的火车噪声具有明显的属性差异,低速度重载荷的火车比高铁引起的地震振幅更大、能量更强,低速火车产生的噪声包含了丰富的低频信息;根据已知的视速度、振幅属性、时频属性,划分了4种类型的火车,并揭示了它们的进出站规律.本研究拓展了分布式光纤传感的应用场景,证明分布式光纤声传感有望应用于不同车型的通勤监测. 展开更多
关键词 分布式光纤声传感 火车震源 交通事件 噪声属性
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海洋FBG压力及温补传感器温度响应一致性研究
3
作者 张登攀 秦钢 +1 位作者 王永杰 王力 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1128-1132,共5页
为满足船载拖曳式全光纤海洋温深剖面连续测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器利用FBG温度传感器作为其温补传感器。由于二者对温度同时敏感且对海水温度的响应时间存在不一致性,导致在拖曳测试海水压力时有所偏差... 为满足船载拖曳式全光纤海洋温深剖面连续测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器利用FBG温度传感器作为其温补传感器。由于二者对温度同时敏感且对海水温度的响应时间存在不一致性,导致在拖曳测试海水压力时有所偏差。针对这一问题,本文对传感器的温度响应一致性进行分析研究。通过对FBG温度传感器的外管加装绝热材料,使其与FBG压力传感器的温度响应时间接近一致。通过海试验证,FBG压力传感器与标准传感器ALEC(亚力克)具有较高的测量相关性。 展开更多
关键词 FBG传感器 温度响应时间 一致性 海上试验
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利用分布式光纤声传感设备开展青藏高原易贡湖浅层结构探测 被引量：5
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作者 张衡 徐团伟 +1 位作者 裴顺平 赵俊猛 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期227-234,共8页
地震数据是利用地震学方法探测地下结构的基础条件,然而传统地震仪器难以获得极端环境地区(水下、高原等)的长时间、高密度连续数据。较之国际仪器厂商,国内的DAS研制相对较晚。自2016年起,国产DAS逐步应用于石油测井和城市区域地下结... 地震数据是利用地震学方法探测地下结构的基础条件,然而传统地震仪器难以获得极端环境地区(水下、高原等)的长时间、高密度连续数据。较之国际仪器厂商,国内的DAS研制相对较晚。自2016年起,国产DAS逐步应用于石油测井和城市区域地下结构探测,而运用在极端环境下的探测工作尚未见报道。中国科学院半导体研究所与青藏高原研究所经过多年合作研究,于2021年4月将自主研发的DAS系统首次应用于青藏高原的野外数据采集。本次试验同时记录了地面和水下的连续背景噪声和重锤数据。该研究利用背景噪声成像技术,获得了西藏易贡湖地区地表70 m以内的横波速度结构。本次研究为极端环境下的低成本、高密度数据采集和地下结构探测提供了理论和试验依据。 展开更多
关键词 光纤地震仪 青藏高原 易贡湖 背景噪声成像 浅层结构
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阵列式光纤地震仪在西藏易贡湖地区的浅层探测实验研究 被引量：2
5
作者 张衡 张文涛 +4 位作者 黄稳柱 裴顺平 恩和得力海 李云月 赵俊猛 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1153-1163,共11页
随着野外观测数据的累积和地震成像技术的发展,对地球内部结构的探测范围越来越大,精度越来越高.利用新的技术手段获得更多的观测数据,不仅填补了研究区观测数据的空白,还有助于提高地下结构的探测精度.利用光纤地震仪耐极端环境和易于... 随着野外观测数据的累积和地震成像技术的发展,对地球内部结构的探测范围越来越大,精度越来越高.利用新的技术手段获得更多的观测数据,不仅填补了研究区观测数据的空白,还有助于提高地下结构的探测精度.利用光纤地震仪耐极端环境和易于布设等优势,本研究使用自主研发的阵列式光纤地震仪在西藏易贡湖地区进行野外试验,首次获得了青藏高原地区主动源和背景噪声的光纤地震数据(包含一条水下测线的数据).利用背景噪声成像手段得到了易贡湖岸近地表S波速度结构,但未获得湖底的速度结构.经分析认为,湖水的流动对架设于湖底的探头造成了干扰.本次试验初步验证了阵列式光纤地震仪在极端野外环境中(尤其是水下)进行数据采集的可行性,为未来在极端环境下的数据采集提供了新思路. 展开更多
关键词 阵列式光纤地震仪 数据采集 青藏高原 背景噪声成像 近地表结构
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海洋双光纤光栅压力传感器的温度响应特性 被引量：7
6
作者 张登攀 秦钢 +3 位作者 王永杰 王力 安佳 彭丹丹 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第6期9-11,15,共4页
为满足海洋温深剖面连续拖曳测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器是利用FBG温补传感器来解决交叉敏感问题。由于二者对温度响应时间不一致,导致在中尺度旋涡、锋面等温度骤变海域测试海水压力时有所偏差。针对这一... 为满足海洋温深剖面连续拖曳测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器是利用FBG温补传感器来解决交叉敏感问题。由于二者对温度响应时间不一致,导致在中尺度旋涡、锋面等温度骤变海域测试海水压力时有所偏差。针对这一现象,设计出了一种新型的双光纤光栅压力传感器,通过在压力传感器的中心和边缘各封装温补和压力光纤光栅(边缘光栅不接触弹性膜片,仅受温度影响),使其对温度响应特性接近一致。实验测试结果表明:传感器的温补和压力光纤光栅对温度响应时间分别是1. 45 s和1. 52 s,响应一致性好。通过海试验证,FBG压力传感器与参考压力传感器ALEC—TD的相关系数高达0. 990 6,基本消除温度响应不一致导致的测量误差,能够达到准确测量压力的目的。 展开更多
关键词 海洋压力传感器 交叉灵敏度 双光纤光栅 响应一致性 海试验证
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基于Terfenol-D材料和光纤光栅法布里珀罗腔的磁场传感器（英文） 被引量：7
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作者 马瑞 张文涛 +2 位作者 王兆刚 黄稳柱 李芳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期194-200,共7页
基于Terfenol-D磁致伸缩材料和光纤光栅法布里珀罗腔,提出了一种用于微弱静态磁场测量的光纤磁场传感器.为了提高传感器的分辨率,采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场,同时,采用Monel-400合金与光纤光栅法布里珀罗腔耦合的方式,作为参考元件,... 基于Terfenol-D磁致伸缩材料和光纤光栅法布里珀罗腔,提出了一种用于微弱静态磁场测量的光纤磁场传感器.为了提高传感器的分辨率,采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场,同时,采用Monel-400合金与光纤光栅法布里珀罗腔耦合的方式,作为参考元件,对传感器进行温度补偿.实验测得传感器的磁场灵敏度为1.7×10^(-3) pm/μT,磁场分辨率为3.0μT。实验结果表明,本传感器对于静态磁场响应具有良好的线性度和指向性,可用于微弱磁场测量. 展开更多
关键词 光纤传感器 光纤布喇格光栅 光纤光栅法布里珀罗腔 磁致伸缩材料 磁场 温度
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采用聚酰胺酸层的高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器（英文） 被引量：10
8
作者 安佳 王永杰 +2 位作者 李芳 刘元辉 彭丹丹 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期336-342,共7页
设计并论证了一种高灵敏度的长周期光纤光栅(LPG)温度传感器。将LPG的包层腐蚀,封装进金属外壳使LPG保持恒定拉力,再密封进盛满聚酰胺酸(PAA)的试管中,其中聚酰胺酸热光系数较大,作为感温材料。测试并讨论了使用不同折射率的聚酰胺酸与... 设计并论证了一种高灵敏度的长周期光纤光栅(LPG)温度传感器。将LPG的包层腐蚀,封装进金属外壳使LPG保持恒定拉力,再密封进盛满聚酰胺酸(PAA)的试管中,其中聚酰胺酸热光系数较大,作为感温材料。测试并讨论了使用不同折射率的聚酰胺酸与不同包层直径的LPG时,LPG共振波长随温度变化的漂移。结果显示,对于一个直径已知的特定LPG,当使用较大折射率的聚酰胺酸时,LPG温度传感器的灵敏度变高。对于使用相同折射率聚酰胺酸的LPG,随着LPG的包层直径减小,LPG温度传感器的灵敏度变高。实验制作的LPG温度传感器的灵敏度为1.26 nm/℃,约为普通LPG制作的传感器的10倍,以及普通FBG制作的传感器的100倍。这种新传感器在2~35℃线性度为99.80%,这提高了传感器的潜在应用,特别是在生物医学检测,海洋监测等这些温度范围接近室温的领域。 展开更多
关键词 长周期光纤光栅 温度传感器 聚酰胺酸 灵敏度
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基于超磁致伸缩材料的光纤磁场传感器 被引量：2
9
作者 马瑞 张文涛 李芳 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2019年第6期6-10,共5页
针对现有光纤传感器难以实现微弱静态磁场测量的问题,提出了一种具有μT量级磁场分辨率的光纤磁场传感器,并有望应用于资源勘探、电网监测、地磁导航等领域.将光纤光栅法布里-珀罗(FBGFP)腔和超磁致伸缩材料(Terfenol-D)耦合作为传感元... 针对现有光纤传感器难以实现微弱静态磁场测量的问题,提出了一种具有μT量级磁场分辨率的光纤磁场传感器,并有望应用于资源勘探、电网监测、地磁导航等领域.将光纤光栅法布里-珀罗(FBGFP)腔和超磁致伸缩材料(Terfenol-D)耦合作为传感元件,并采用了钕铁硼永磁体提供偏置磁场;同时,将Monel-400合金与FBG-FP腔进行耦合,作为参考元件,对磁场传感器进行了温度补偿.实验测得传感器的磁场灵敏度为1.5×10^-3pm/μT,磁场分辨率为0.67μT. 展开更多
关键词 光纤传感器 光纤光栅法布里-珀罗腔 磁致伸缩材料 磁场 温度
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光纤地震仪研究进展 被引量：1
10
作者 张文涛 李慧聪 +3 位作者 黄稳柱 李正斌 李丽 刘瑞丰 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期821-842,共22页
光纤地震仪的传感部分和信号传输链路无电子器件,具有环境适应性强、分布式组网观测等优势,有望为深井、海底、火山等极端环境高密度地震观测提供新的技术手段。然而,现有光纤地震仪在拾振结构设计、系统传递函数研究、噪声水平抑制、... 光纤地震仪的传感部分和信号传输链路无电子器件,具有环境适应性强、分布式组网观测等优势,有望为深井、海底、火山等极端环境高密度地震观测提供新的技术手段。然而,现有光纤地震仪在拾振结构设计、系统传递函数研究、噪声水平抑制、频带拓宽等方面仍然存在挑战。本文根据不同的传感结构,分别综述了加速度型、位移型、应变型、旋转型四种光纤地震仪的基本原理、面临的问题以及国际上的典型案例,探讨了各种光纤地震仪的优缺点,并在此基础上对光纤地震仪的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 光纤地震仪 噪声水平 加速度 位移 应变 旋转
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