淺議光纖傳感技術(shù)在地震勘探中的應(yīng)用

【摘 要】光纖傳感技術(shù)在地震勘探中的應(yīng)用得到了有效的發(fā)展，面對(duì)光纖傳感技術(shù)在發(fā)展中不斷滲透進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，在進(jìn)行地震波的檢測以及地震的勘探中也逐漸的取得了優(yōu)異的成績，其實(shí)用的使用性能有助于提升地震檢波器使用價(jià)值的提升。

【關(guān)鍵詞】光纖傳感技術(shù)；地震勘測；應(yīng)用

一、光纖傳感技術(shù)簡介

光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號(hào)的新型傳感技術(shù)。作為被測量信號(hào)載體的光波和作為光波傳播媒質(zhì)的光纖，具有一系列獨(dú)特的、其他載體和媒質(zhì)難以相比的優(yōu)點(diǎn)。光波不怕電磁干擾，易為各種光探測器件接收，可方便的進(jìn)行光電或電光轉(zhuǎn)換，易與高度發(fā)展的現(xiàn)代電子裝置和計(jì)算機(jī)相匹配。

二、光纖傳感技術(shù)在地震勘探中的應(yīng)用

2.1光纖光柵型地震檢波器

光纖光柵通過將光纖材料的光敏性進(jìn)行有效的發(fā)揮，在光纖的內(nèi)部通過對(duì)纖芯的空間的改變，形成光柵，這種光柵將濾波器或者反射鏡的作用，合理的發(fā)揮了出來，在劃分中可以看做為光纖布拉格光柵、或者是長周期光柵。

光纖光柵的布拉格波長為，其中為光纖的有效折射率，A為光柵的周期。當(dāng)外界被測量引起光纖光柵所受到的溫度、應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)生改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致FBG的中心波長變化，通過檢測FBG中心波長的漂移量來確定外界被測量。光纖光柵的中心波長移動(dòng)量與溫度和應(yīng)變的關(guān)系為：式中：為光纖的熱膨脹系數(shù)，為光纖的熱光系數(shù)，為光纖的彈光系數(shù)。

為了提高地震勘探中的準(zhǔn)確度，經(jīng)常會(huì)使用布拉格光柵進(jìn)行傳感器的制作，這種光柵是利用布拉格光纖傳感原理制造的，能夠有效的提升地震檢波器的抗干擾能力、有效的提升檢測器的靈敏度、避免在檢測中所浪費(fèi)的不必要的損耗。所以，這種地震檢波器在最近幾年的研究中，也得到了較為廣泛的研究應(yīng)用。

大連理工通過利用海洋平臺(tái)作為地震檢測的使用平臺(tái)，將光纖布拉格光柵應(yīng)用于其中，在海洋模型中建立十個(gè)布拉格光纖傳感器，將他們合理的分配在加速度計(jì)以及海洋平臺(tái)以及震動(dòng)平臺(tái)之上；然后將剩余的七個(gè)傳感器布置在制定的關(guān)鍵部位，將最后一個(gè)傳感器作為溫度傳感器進(jìn)行安裝，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用中，在所有安裝了光纖布拉格應(yīng)變傳感器部位同步加裝電阻應(yīng)變片，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光纖布拉格光柵傳感器比電阻片更有使用的價(jià)值。

中國地震局FBG檢波設(shè)計(jì)中，合理的將支撐梁引入到了設(shè)計(jì)制造中，通過這種懸臂梁的結(jié)構(gòu)有效的提升了檢波器的穩(wěn)定性能、提高了設(shè)備使用中的抗非線性干擾能力，通過設(shè)計(jì)中加裝電磁阻尼系統(tǒng)，提升檢波器在抗干擾中的阻尼能力。我國山東大學(xué)設(shè)計(jì)的光纖光纜地震波檢測系統(tǒng)，在野外進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，通過與電磁式速度型檢波器的系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)在靈敏度以及抗干擾能力方面均有顯著的提升。隨著時(shí)間的推移，中國石油大學(xué)將單自由度彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)成功的制造了一種采用雙傳輸光纜協(xié)調(diào)濾波的系統(tǒng)，在地震波的檢測中能夠?qū)?0～200HZ的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行有效的監(jiān)視。

2.2邁克爾遜干涉型地震檢波器

通過在地震波檢測中應(yīng)用邁克爾干涉原理，將發(fā)出的激光光源進(jìn)行處理，使其變成兩束信號(hào)光，在進(jìn)行地震波檢測的時(shí)候，如果諧振子與大地之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么在這個(gè)震動(dòng)的過程中，加速度就會(huì)導(dǎo)致光程發(fā)生變化，最終導(dǎo)致參考的光束被干擾。通過將電探測器中蘊(yùn)含的已經(jīng)被處理檢測過的光信號(hào)信息，傳變成一種可以識(shí)別的電信號(hào)信息進(jìn)行分析。通過將邁克爾遜干擾儀器作為光纖檢測的基礎(chǔ)，在進(jìn)行敏感元件的制造中，在單分量雙光路加速檢測器中應(yīng)用敏感元件，通過將三個(gè)單分量檢測器的合理搭配，保證在六個(gè)順便柱體中，能夠有效的進(jìn)行地震波的檢測，通過在簡諧振子系統(tǒng)中加裝硫化硅膠主體等相關(guān)元件，提升器使用的精度。在向?qū)γ娴姆较蛏?，通過纏繞敏感的光纖端面發(fā)射膜，制造出了干擾儀中的干擾臂。保證在發(fā)生地震的時(shí)候，內(nèi)部的質(zhì)量塊與檢測器的外殼能夠發(fā)生軸向運(yùn)動(dòng)，使質(zhì)量塊能夠能夠誘導(dǎo)緊鄰其上下位的順變柱體發(fā)生形變，進(jìn)而導(dǎo)致敏感光纖在順變柱體的影響下也開始發(fā)生形變，通過對(duì)相關(guān)檢測波的測量，提升對(duì)地震的預(yù)防檢測能力，該機(jī)器一般應(yīng)用于0.01g的加速度檢測，如果固有頻率保持在595～695Hz之內(nèi)，那么檢波器能夠輸出的信號(hào)大致與振動(dòng)臺(tái)輸出的信號(hào)是一致的。

2.3地震波檢測器發(fā)展新方向

2.3.1長周期光柵傳感技術(shù)

長周期光纖光柵是一種使用新型纖芯折射率的光纖光柵，他的使用周期出現(xiàn)了明顯的變化，控制在了60μm～1mm之間。LEPG這種光纖光柵是一種新型的透射型材料，具有一種寬透射光普帶寬。并且不會(huì)發(fā)生后向反射，在操作的時(shí)候使用的手法相對(duì)簡單，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)出現(xiàn)的環(huán)境變化感應(yīng)能力比較強(qiáng)，主要應(yīng)用在當(dāng)代濃度、溫度等的使用測量當(dāng)中。

2.3.2光子晶體光纖傳感技術(shù)

光子晶體光纖傳感技術(shù)使用的光子晶體光纖如果按照結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，可以看做為實(shí)心型與空心型，同理按照其他的方式進(jìn)行劃分也會(huì)出現(xiàn)不同的種類。如果按照折射率進(jìn)行劃分，將能夠有效的提升晶體光纖的利用價(jià)值，PCF在實(shí)際的醫(yī)用中可以進(jìn)行大弧度的彎曲、具有一定的大面積特性，能夠有效的發(fā)揮自身高雙折射率的優(yōu)點(diǎn)等，所以，在實(shí)際應(yīng)用與光學(xué)與通信領(lǐng)域的時(shí)候收到了廣泛的好評(píng)。在進(jìn)行地震測量中，由于對(duì)溫度以及靈敏度的測量要求相對(duì)較高，通過重點(diǎn)對(duì)壓力、溫度等的分析，發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)中如果使用了由光子晶體制造的干擾儀進(jìn)行干擾，將能夠提升測量儀器對(duì)地震測量的靈敏度以及耐高溫的能力。通過將光子晶體傳感器應(yīng)用在地震測量工作的開展中，合理的使用應(yīng)變測量的技術(shù)優(yōu)勢，保證在使用中能夠有效的對(duì)光子晶體結(jié)構(gòu)的改變，達(dá)到預(yù)期目的，進(jìn)一步提高該傳感器在現(xiàn)實(shí)地震測量中的技術(shù)應(yīng)用效果。

結(jié)語：通過將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于地震檢波器的制造中，將能夠有效的提升地震檢波器的偵測范圍、提高檢測敏感度、改善傳統(tǒng)的檢波器結(jié)構(gòu)等，在實(shí)際的檢測中光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用得到了實(shí)際的肯定，其發(fā)展前景非常樂觀，未來的發(fā)展趨勢也將更加實(shí)用化、可靠化。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯俊芳 裴麗 李卓軒 劉超 光纖傳感技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用 光電技術(shù)應(yīng)用 2012年01期