光纤地震监测机理及其关键技术研究

当前，国家迫切需求的防震减灾方法与技术，以及地球物理学的研究、地圈层内运动和变化规律的获取，都严重依赖于大信息量、超高精细的地震监测手段和仪器设备。目前，正在使用的地质研究和地震监测的仪器，还存在着测量灵敏度有待提高、带宽过窄、动态范围受限等诸多问题。光纤地震计有望替代传统地震计，成为新一代地震监测、前兆信息获取和地球物理研究的重要测量手段。本项目提出研究地震监测级光纤测量方法与技术，基于光纤干涉原理，以波长作为度量位移的基准，消除传统地震计中电子线路引起的热噪声，采用无需转换地质形变和震动的直接测量技术，探索能否采用光纤真实地有效地记录地震信息，突破地震监测仪器的灵敏度、带宽、动态范围的综合性能极限，发展集超高分辨率、超宽测量频带和超大动态范围于一体的新一代光纤地震监测仪器，为提高地震监测、预报、预警与震灾防御能力提供技术手段和仪器设备。

本项目面向国家防震减灾的重大需求，开展了高灵敏度、宽测量频带和大动态范围的光纤地震监测系统的研制工作，对高灵敏干涉型光纤地震计传感原理、高灵敏度干涉型光纤地震计灵敏度增敏、高灵敏度干涉型光纤地震计系统噪声、高灵敏度干涉型光纤地震计信号解调系统等关键技术进行了研究，并在此基础上研制了高灵敏度光纤地震监测系统样机，进行了地震监测外场试验。项目研究构造了一种小尺度、高精度的光纤地震计，对光纤地震计的光路结构及其传感原理展开研究，并实现了光纤地震计的光路结构设计。优化了光纤地震计的传感结构，实现了灵敏度倍增，并对光纤地震计的噪声来源进行分析研究。完成了高精度光纤地震计原理性样机的构建，给出了光纤地震计的测试系统，实现了振动信号的单维度加载，并通过光纤地震计测试系统开展了光纤地震计实验研究。