[發明專利]時分復用陣列式光纖光柵地震波實時監測系統

有效

• 申請號: 201210550611.4
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103033842A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 岳慧敏;胡澤雄;劉永智;胡云;李劍鋒;歐中華;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01H9/00
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明涉及基于光纖光柵振動傳感器技術領域，包括光纖光柵傳感器波長解調技術領域及光纖定位系統技術領域，具體涉及一種時分復用陣列式光纖光柵地震波實時監測系統。

背景技術

?地震時一種突發性、破壞性極大的自然災害，一次強烈的地震會在數秒或幾分鐘內造成建筑倒塌、設施損毀、交通堵塞、堤壩決口坍塌，強烈的地震不僅直接造成巨大破壞，同時還導致多種次生災害，諸如火災、水災、山崩、海嘯等，造成人員傷亡，給人類帶來巨大的生命財產與經濟損失，影響社會穩定發展。?地震的預報是十分困難的，地震預測方法與技術涉及到許多科技領域。目前所開展的地震前兆觀測對象與方法有：地震活動性、地殼形變、地下水、地電、地磁、地應力應變、氣象、誘發因子、生物與宏觀異常等十幾類近百種。地震波監測就屬于地震活動性觀測的重要內容之一，通過地震波監測可以確定地震源方位，離地深度，地震強度，地震波頻率、相位及發生時間，進而反演地層結構以及掌握地震活動規律等。它不僅可以為地震預報提供決策依據，同時，通過對地震波的監測，為地震災害預警提供幾秒乃至幾十秒的時間差，讓受災者能得到及時疏散，重大生命線工程可及時關閉。因此，對地震波的監測對于地震觀測、地震預報及地震預警具有特別重要的意義。

光纖地震波監測是眾多地震波監測方法之一，是近年發展起來的一項先進的光纖傳感技術。比較于傳統的變磁通式、變磁阻式、壓電式和渦流式等加速度地震檢波器乃至最近比較熱門的基于MEMS的地震檢波器以及其它光電地震波檢波器（光柵數字地震波檢波器，激光多普勒地震波檢波器）來，光纖地震波傳感器具有：（1）靈敏度高；（2）抗強電磁干擾、耐腐蝕、在易燃、易爆環境下安全可靠；(3)工作頻帶寬、動態范圍大；（4）傳感部分體積小，形狀適應性強；（5）特別適于遠距離測量與傳感信息的通信組網等特點。

理論上，光纖振動傳感器的靈敏度高于常規傳感器兩個以上數量級（如光纖水聽器），頻率響應范圍0Hz～數十KHz，而經過解調后的動態范圍可達到140dB以上，遠優于傳統檢波器。用于振動與加速度測量的光纖傳感器的研究自70年代起就早已開始，但專門針對地震波監測的光纖傳感器的研究還是近20年的事情。目前，所研究的光纖地震波傳感器主要有邁克爾遜干涉型、馬赫－曾德爾干涉型光纖加速度地震檢波器、薩克勒克(Sagnac)地震旋轉波傳感器，多普勒光纖速度地震傳感器、光纖光柵地震檢波器等。2005年波蘭Jaroszewicz等報導了一種Sagnac光纖地震旋轉波傳感器，其靈敏度在振動頻率為20Hz時達到4.27x10-8rad/s?。同年，美國Zang.Yan等報導了應用光纖Bragg光柵對地震波的測量。2007意大利?Laudati?等報導一種一維的?Bragg?光纖光柵地震傳感器，低頻響應達到0.1Hz。2007年馬超等報導了光纖Bragg光柵地震檢波器的初步研究,其波長解調采用了邊緣濾波的方法。2010年喬學光等報道了基于光源濾波的高精度光纖光柵地震檢波解調系統。目前，國內外應用光纖技術對于地震波監測的研究還未有大的突破，國內外所進行的研究大多還處于早期單元器件階段，主要解決傳感器的結構設計，進行實時、多點測量，如何提高靈敏度、選擇適合的頻響范圍、拓寬動態范圍。

發明內容

本發明提出了一套基于光纖光柵的時分復用陣列式地震波實時監測系統，該系統具有精度高、動態范圍大、分布式及實時性的特點，能夠對地震波進行實時監測，實現地震預警。針對現有地震波檢測系統技術的不足，包括精度不高、動態范圍不大、不能定位及不具備實時性等。

本發明為了實現上述目的采用以下技術方案：

一種時分復用陣列式光纖光柵地震波實時監測系統，其特征在于：包括脈沖調制光源、用于采集地震波信息的光纖光柵傳感器陣列、采用波導式非平衡M-Z解調系統對地震波信息進行實時解調的解調系統、對解調系統的解調信號進行接收并進行處理得到地震波分量信息的光電探測器、對地震源進行定位的OTDR系統、光纖環形器，所述光纖環形器的1端口連接脈沖調制光源，2端口連接光纖光柵的傳感器陣列，3端口連接解調系統，所述解調系統連、光電探測器、OTDR系統、脈沖調制光源順序連接。