基于TMS320VC5410的三分量全光纤加速度检波器数字信号处理系统

介绍了用于地震勘探工作中的三分量全光纤加速度检波器数字信号处理系统。该系统以高性能的TMS320VC5410为核心,辅以必要的外围电路,实现了对加速度信号的高精度检测。测试结果表明,检波器数字信号处理系统在共振频率以上有较好的频率响应,输入信号与输出信号吻合较好。

井中永置式套管外三分量光纤MEMS地震检波器研究

针对非常规油气井套管外永置式微振动监测,研制了一种基于光纤法布里帕罗(F-P)干涉原理和微机电(MEMS)技术的三分量光纤MEMS地震检波器,将微地震信号转化为F-P腔长的变化,通过超快光谱探测技术和动态白光干涉解调技术实现高速解调。设计并理论仿真了μm/g量级的高灵敏度MEMS加速度芯片,突破大深度双面套刻工艺完成芯片样品制造。采用高集成度小型化结构设计、无胶封装工艺设计和陶瓷微加工工艺实现25 mm微型外径,满足套管外永置式安装要求,提高了高温检测精度。在实验室完成了检波器与标准电学加速度计的性能对比测试,结果表明:检波器可耐受175 MPa高压和180℃高温,灵敏度分别为1.2382,1.2590,1.0862μm/g,工作频带为0~350 Hz,量程为±5 g,线性度误差<0.01%,抗横向串扰能力<5%。研制的检波器耐高温高压、尺寸小巧、灵敏度高、线性度良好,在非常规油气井储层压裂改造和采油气生产过程中,永置式套管外的三分量光纤MEMS地震检波器可以发挥重要的监测作用。

三分量全光纤加速度检波器及数字处理系统

研制出三分量全光纤加速度检波器及其数字信号处理系统。该检波器由一个质量块 ,六个顺变柱体 ,三组迈克耳孙干涉仪光路组成。顺变柱体是检波器敏感元件中的关键部件。该检波器数字信号处理系统以TI公司的高性能数字信号处理芯片为核心 ,辅以必要的电路 ,实现了对加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿。测试结果表明 ,检波器在共振频率以上有较好的频率响应 ,输入信号与输出信号吻合较好 ;检波器在共振频率以下亦有较好的频率响应。

顺变柱体型全光纤加速度检波器敏感元件

本文阐述了顺变柱体型全光纤加速度检测波器敏感元件的工作原理及结构设计。该敏感元件包括两个顺变柱体和一个质量块，两顺变柱体上都紧紧地缠绕着单模光纤，形成了迈克尔逊干涉仪的两个臂。经理论计算证明，其灵敏度和频率响应可通过适当选择顺变柱体的材料和尺寸、质量块的质量及光纤包层直径来设计确定。

三分量光弹光纤加速度传感器弹性系统

为提高三维地震勘探的分辨率和精度,设计了一种新型的三分量光弹光纤加速度传感器,对加速度的敏感由光弹晶体、质量块、复合臂弹簧片构成的弹性系统实现.为消除三分量光弹光纤加速度传感器中与质量块运动方向不平行的运动的干扰,弹性系统设计为线性系统.对弹性系统的线性响应、频率特性进行了理论和实验研究.设计制作并实验了线性度良好的复合臂弹簧片,其相对非线性误差小于 0. 01.光弹晶体采用对加速度的变化在宽度方向获得良好线性响应的各向同性聚碳酸酯材料.以该弹性系统为基础的传感器,在 0~3 000Hz的频率范围可精确测量 0~50m/s2 的加速度.

三分量光纤加速度传感器探头设计进展

综述了三分量光纤加速度传感器探头研究的工作进展,介绍了三分量光纤加速度传感器的设计思路,重点阐述了不同原理和结构的探头设计方案,并对其中的关键技术参数进行了评价,最后对三分量光纤加速度传感器的发展进行了总结和展望。

全光纤加速度传感技术的研究

证明了光纤适合对加速度场的感知 ,研究了干涉型全光纤加速度地震检波器 ,得出光纤的应力应变和被测信号加速度之间的关系 ,综合考虑全光纤加速度地震检波器灵敏度和频带的要求设计了变化光纤的长度和质量块的大小和形状。采用交流相位跟踪零差检测的方法 ,使振动信号以电的形式得以真实地再现。研制的全光纤加速度地震检波器样机 ,具有抗电磁干扰、测量频谱范围宽 ,检测灵敏度高等优点 ,且输出信号与待测信号波形一致性好。用压电陶瓷同时完成了相位调制与误差补偿 ;利用干涉端面镀膜技术提高了反射光能量 ;采用双横向限制簧片有效地限制了质量块的横向振动。

三分量光纤布喇格光栅地震检波器

为了实现地震波的三维采集,设计了一种三分量光纤布喇格光栅(FBG)地震检波器,理论推导了该检波器的固有频率和灵敏度,先后使用Matlab软件、COMSOL软件对检波器进行结构参数优化和模态分析,测试了检波器的幅频响应、横向抗干扰性能和灵敏度响应。实验结果表明:检波器的平坦区为0.6~50 Hz;一阶、二阶和三阶的固有频率分别为56 Hz、59 Hz和63 Hz,x、y和z方向上灵敏度分别为218.22 pm/g、284.76 pm/g和249.67 pm/g;每个方向上的横向抗干扰度均小于5%,可实现低频信号的三分量检测。

井中三分量光纤激光检波器的研制及性能测试

随着国内油气勘探目的层向深层快速延伸,对地震资料的信噪比、分辨率和成像精度要求更高,从而对检波器的灵敏度、带宽要求越来越高。采用窄线宽的分布反馈光纤激光器(DFB-FL)为振动敏感元件,设计了一种井中三分量光纤激光地震检波器,并采用相干探测方式实现微弱地震信号的检测。在实验室开展了频响灵敏度、噪声测试,并与高温动圈检波器2400进行对比试验,同时对井下光纤检波器的耐高温、耐高压性能进行了测试。经试验验证,所设计的井中三分量光纤激光检波器在1~400Hz内具有良好的信号探测能力,灵敏度达到34dB re pm/g,交叉灵敏度小于-25dB,可耐155℃高温及50MPa的高压。该检波器结构紧凑、灵敏度高、频带宽、一致性好,且耐高温高压,在井下勘探等恶劣工作环境具有良好的应用前景。

三分量全光纤加速度地震检波器的设计

本文介绍了顺变柱体型三分量全光纤加速度地震检波器。该检波器由 1个质量块 ,6个顺变柱体 ,3套迈克尔逊干涉仪光路组成。其单一轴向的加速度可达 10 3rad/ g(其中 ,g为重力加速度 ) ,可同时检测 3个轴向的加速度 ax、ay、az,矢量合成得空间加速度 a,从而实现加速度的实时。

空心顺变柱体型三分量全光纤加速度地震检波器

设计了介绍一种新型空心顺变柱体型三分量全光纤加速度地震检波器。该检波器作为加速度检测设备,采用3个迈克尔逊光纤干涉仪光路,用6个空心顺变柱体共同支撑1个质量块构成三维简谐振子系统。对实验样机进行的模拟实验测试表明:共振频率为308Hz,工作频带向低频移动,频响特性曲线与理论计算相符。加速度灵敏度的理论计算值为15.7×103rad/g,能满足大多数场合下对加速度精确测量的要求。

中国石化三分量检波器研制成功

中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所与中科院上海微系统所紧密合作，经过一年多的努力，目前试制成功以国产MEMS加速度传感器为核心的三分量地震勘探检波器。经过室内检测，该仪器各项性能指标均符合设计要求。

顺变柱体型全光纤加速度检波器

介绍了顺变柱体型全光纤加速度检波器的工作原理及结构设计。该检波器包括两个顺变柱体和一个质量块 ,两顺变柱体上都紧紧地绕着单模光纤 ,形成了迈克耳孙干涉仪的两个臂。两干涉臂的端面镀有高反铝膜。初步测试结果表明 ,检波器在共振频率以上有较好的频率响应 ,输入信号与输出信号吻合得较好。

三分量全保偏光纤加速度传感器的研究

报道了三分量全保偏光纤加速度传感器的实验研究结果.传感器由6个弹性柱体共同支撑1个质量块构成三分量结构,由3个迈克尔逊全保偏光纤干涉仪共用一个光源组成.光学部分采用全保偏光纤干涉仪结构,消除了干涉光束偏振态随机变化引起的信号衰落,采用光频调制相位载波解调信号处理技术,消除了相位随机漂移引起的信号衰落,从而实现了对加速度信号的稳定检测.传感器的工作频带为5～500 Hz,加速度灵敏度达到660 rad/g,系统最小可测相位差为10-5rad,最小可测加速度达1.5×10-7m/s2,工作频带内加速度灵敏度变化小于2 dB.三轴加速度灵敏度和频率响应曲线与理论分析的结果基本一致.

三分量光纤激光检波器阵列及其实验研究

采用波分/空分混合复用的方案,构建了基于分布反馈光纤激光器(DFBFL)的两级三分量地震检波器阵列,通过相干探测技术实现高分辨率的波长解调,并对检波器进行了测试。结果表明,阵列中传感器的本底噪声小于70ng/√Hz,对微弱振动信号的探测能力优于传统动圈检波器,三分量检波器的交叉灵敏度小于-20dB,通道间串扰小于-80dB,为多维多分量地震勘探提供了一种新的技术途径。

新疆油田井下光纤压裂裂缝监测技术试验成功

井下微地震压裂裂缝监测技术对改进致密储层压裂设计、提高压裂效果具有重要作用。传统的井下微地震监测技术主要依赖进口的电子式监测仪器，存在价格昂贵、不耐高温等局限。而光纤监测技术具有灵敏度高、动态范围宽、耐高温等优点。为此，新疆油田与清华大学合作开展了井下光纤压裂裂缝监测技术攻关研究，研制出多芯纤高温光电复合缆和光纤三分量检波器、推靠装置等关键仪器和装置，形成了井下微地震压裂裂缝监测技术。

光纤器件

TN253//TH824.4 2002064288顺变柱体型全光纤加速度检波器=All-fiberoptic ac-celerometer based on compliant cylinders[刊,中]/丁桂兰,刘振富,崔宇明,张德龙,陈才和(天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室.天津(300072))∥光学学报.—2002,22(3).