高灵敏度光纤地震传感器的设计和性能研究

《高灵敏度光纤地震传感器的设计和性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文高灵敏度光纤地震传感器的设计和性能研究硕士研究生：吕岩指导教师：彭峰讲师学科、专业：光学工程论文主审人：耿涛教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文高灵敏度光纤地震传感器的设计和性能研究硕士研究生：吕岩指导教师：彭峰讲师学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngDesi

2、gningandPerformanceStudyofHighSensitivityFiber-opticSeismometerCandidate:LvYanSupervisor:Lecturer.PengFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:OpticalEngineeringDateofSubmission:Dec,2017DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学

3、位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复

4、印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日高灵敏度光纤地震传感器的设计和性能研究摘要光纤地震计因其质量轻、抗电磁干扰、适用于恶劣工作环境等特点而被广泛应用于各种震动信号的探测

5、，如交通、航天、机器、石油勘探等领域。其中基于多匝光纤环的盘式光纤地震计由于具有更高的灵敏度、更好的方向性而被广泛研究。尽管在过去的几十年中盘式光纤地震计已经得到了很多关注和研究，但是依然有一些问题制约着盘式光纤地震计的进一步发展，例如无法在制作之前就对地震计的性能作出估计，传感器成品性能的随机性太大；尤其是需要得到特定性能的传感器时，需要做多个传感器才能确定合适的结构参数，不仅浪费时间而且需要消耗大量人力物力。本文对基于多匝光纤环的盘式光纤地震计进行了理论分析并建立了相应的有限元仿真模型，证实了通过有限元法和理论分析结合的方式，能够在制作传感器之前就

6、确定相关参数，能够提高传感器的设计、制作效率。研究内容主要体现在：(1)本文考虑了多匝光纤环对地震计性能的影响，通过理论分析确定了基于多匝光纤环的盘式光纤地震计的灵敏度和谐振频率的数学表达式。从理论分析的结果能够看出各个设计参数对地震计谐振频率和灵敏度的影响方式，如：弹性盘片厚度、弹性盘片杨氏模量、光纤环匝数、环氧胶厚度和负载质量。可以根据光纤地震计使用的性能要求对这些参数进行调整，得到符合需求的盘式光纤地震计设计参数。(2)为了进一步研究传感器设计参数对其性能的影响，同时研究相关设计参数下地震计能够达到的最佳性能，本文根据建立了盘式光纤地震计的有限元

7、仿真模型，定量分析了各个参数对地震计灵敏度和谐振频率的影响，并分析了仿真和理论之间的误差来源。(3)对传感器的制作工艺进行研究，能够使传感器制作参数都尽可能地符合设计要求，包括关键光学器件的性能，传感器的几何参数、加载的惯性质量等。(4)根据有限元分析结果给出设计参数并制作出相应的样品传感器后对样品传感器进行了测试。对样品传感器中多匝光纤环的光纤应变分布和样品传感器的灵敏度、谐振频率、最小可测加速度进行了测试；将测试结果和仿真结果进行对比后分析了二者之间的误差来源。最后，将样品传感器布设在地震台进行长期观测并成功地捕获到了九寨沟地震的信号。本文所做的研

8、究工作及对盘式光纤地震计的分析方法不仅能够对已经应用于实际测量的地震计做出性能优化，还能对拟制