[發明專利]一種基于雙閉環反饋的低頻大動態光纖地震計裝置

有效

• 申請號: 202110114791.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112698384B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 楊軍;安然;張毅博;楊木森;田帥飛;李晉;鄒晨;苑勇貴;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于雙閉環反饋的低頻大動態光纖地震計裝置，該裝置包括光源模塊、光纖干涉儀模塊、探測采集模塊、雙反饋控制模塊。其特征是雙反饋控制模塊中的第一數模轉換器與光纖干涉儀模塊中的相位調制器相連，形成第一閉環反饋回路；第二模數轉換器依此連接功率放大器和電磁反饋裝置并作用于光纖干涉儀模塊的慣性質量，形成第二閉環反饋回路；由光纖干涉儀模塊拾取的振動在與雙反饋控制模塊相互作用后得到的差分信號，會傳輸至探測采集模塊，探測采集模塊輸出端與雙反饋控制模塊相連。由此形成的雙閉環反饋光纖地震計裝置具有超大動態范圍，超低工作頻帶，全量程反饋等優點，并可廣泛應用于多種光纖地震計。

技術領域

本發明涉及一種基于雙閉環反饋的低頻大動態光纖地震計裝置，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

現有光纖地震計基本為開環結構，其性能過于依賴機械、光纖本身的性質，同時由于機械、光纖工藝改進困難，在性能的進一步提升方面遇到瓶頸。而傳統閉環地震計已經很好地證明了反饋的引入對于地震計的性能有著突破性的提升，擺脫對機械的依賴，同時電子反饋還具有輕便、可調節等多種優勢。

1972年等人首次在捷克斯洛伐克安裝了一款反饋式寬頻帶地震計(Dziewonski,A.M..The?Global?Seismographic?Network:Progress?and?Promise,inObservatory?Seismology,University?of?California?Press,Berkeley,California，1989)，其實現了300s～0.3s的低頻寬頻帶的速度平坦響應。首次提出的利用反饋實現寬頻帶的概念，明顯地展示出了反饋在地震計應用中的廣闊前景。

1998年，中國地震局地震研究所公開了一種反饋式超寬頻帶地震計(CN98121724.9)，此專利采用三維結構，目的是實現在20Hz～360s響應頻帶的對地速度平坦響應，在360s～DC響應頻帶對地加速度平坦響應，同時獲得140dB的動態范圍。

2011年,珠海市泰德企業有限公司公布了一種力平衡反饋寬頻帶地震計(CN201120500621.8),其利用電磁機構配合比例、積分、微分控制。實現了50Hz～60s的寬頻帶平坦響應，其截至低頻甚至可以拓展至120s，測量動態范圍達140dB，靈敏度則為2000V/(m/s)。在保證大動態和高靈敏度得同時，實現了低頻測量和寬頻帶的性能。

上述三種傳統反饋式地震計，都提現了反饋對傳統機電式地震計在低頻延拓、頻帶展寬和動態范圍提升上的重要作用，其早已成為傳統地震計中不可獲取的一部分。因此，將反饋引入到與傳統地震計原理基本相同的開環光纖地震計中，理應會對現有開環性能由較大的提升。

2014年中國科學院半導體研究所的王兆剛等人提出了一種利用盤片和法布里-珀羅腔結合的光纖加速度計(Wang?Z,et?al.Diaphragm-Based?Fiber?Optic?Fabry–PerotAccelerometer?With?High?Consistency.Journal?of?Lightwave?Technology,2014,32(24):4810-4815)。在工作頻帶10Hz～125Hz的范圍內，靈敏度達到了36.07dB?V/g，分辨率68.03ug，動態范圍約為60dB。文中說明若更換解調方法，分辨率可能達到ng級，此時動態范圍約為120dB。

2016年中國科學院聲學研究所的吳學兵等人公開了一種干涉型光纖地震檢波器(吳學兵,劉英明,高侃.干涉型光纖地震檢波器研發及效果分析.石油物探,2016,55(2):303-308)。其采用了馬赫-澤德干涉儀和芯軸式結構，工作頻帶為10Hz～800Hz，靈敏度約40dB?rad/g，分辨率為0.1ug@100Hz，動態范圍達120dB@100Hz。