微地震中光纖振動(dòng)傳感技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國非常規(guī)油氣開采的進(jìn)行，微地震監(jiān)測技術(shù)已成為判斷壓裂裂縫形成、發(fā)展趨勢的可靠依據(jù)，其監(jiān)測結(jié)果為提高頁巖氣開采水平和非常規(guī)油氣采收率提供了重要保證，同時(shí)對礦山、工程結(jié)構(gòu)及其地質(zhì)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測都具有重要意義。振動(dòng)傳感器作為該項(xiàng)技術(shù)中關(guān)鍵器件，其性能優(yōu)劣至關(guān)重要。相比于電類傳感器，光纖振動(dòng)傳感器具有靈敏度高、帶寬大、抗電磁干擾、易于大規(guī)模組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。為此，本文主要開展了微地震監(jiān)測技術(shù)中光纖振動(dòng)傳感器的研究。論文主要工作如下：
　

2、　1、研究了微地震監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析了該技術(shù)的基本原理。在此基礎(chǔ)之上，提出了 FBG振動(dòng)加速度傳感器用于微地震監(jiān)測技術(shù)的理論和方法。對光纖振動(dòng)傳感器技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。研究了光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)應(yīng)變和溫度傳感模型及 FBG耦合模理論。完善并提高了光纖加速度傳感器的力學(xué)模型，分析了其響應(yīng)特性函數(shù)。
　　2、研究并設(shè)計(jì)了一種基于順變柱體結(jié)構(gòu)的FBG振動(dòng)加速度傳感器，包括該傳感

3、器的基本原理、封裝制作方法及其動(dòng)態(tài)特征。實(shí)驗(yàn)研究表明，該傳感器的固有頻率是400Hz，頻率范圍是30～300Hz，靈敏度為42.7pm/G。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了基于推挽式結(jié)構(gòu)的FBGs振動(dòng)加速度傳感器，其固有頻率是610Hz，頻率范圍為40～480Hz，靈敏度為50pm/G。
　　3、研究并設(shè)計(jì)了一種基于鉸鏈結(jié)構(gòu)的FBGs二維振動(dòng)加速度傳感器。建立了該傳感器的應(yīng)力和應(yīng)變理論模型，用有限元法進(jìn)行了模擬分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器在X/

4、Y方向的共振頻率分別為1050Hz和1060Hz，頻率范圍為50～900Hz，傳感器的靈敏度分別為13.1pm/G和12.0pm/G，理論分析該傳感器靈敏度可達(dá)到20pm/G。
　　4、研究并設(shè)計(jì)了一種基于光纖馬赫-曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)結(jié)構(gòu)光纖振動(dòng)傳感器，用于井中微地震檢測。對傳感器進(jìn)行了應(yīng)變特性測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器在0～1920με范圍內(nèi)，應(yīng)變靈敏度為2.6pm/με