极低频高分辨率光纤激光动态应变传感技术研究

极低频高分辨率动态应变传感技术在地震预报、石油勘探、次声波监测及周界安全等领域都有着巨大的应用价值。目前的光纤动态应变传感技术难以同时满足极低频、高分辨率、结构简单及具有复用能力的要求，而基于光纤激光器的动态应变传感方案则有望同时实现这些要求。因此，在现阶段开展极低频光纤激光动态应变传感技术的研究，具有重要的研究与应用价值。.本课题拟开展基于DFB光纤激光器的极低频高分辨率动态应变传感技术的研究。预期实现测量频率范围0.01-20Hz，动态应变分辨率优于10 pε/√Hz @ 0.1 Hz。研究内容包括：极低频高分辨率波长位移解调技术，包括极低频高性能相位解调算法及其实现、干涉仪初始相位低频漂移的补偿及干涉式解调系统抗环境干扰技术；系统噪声特性建模与DFB光纤激光器低频噪声抑制技术；极低频动态应变－温度交叉敏感的消除技术；并进行光纤激光传感器极低频微弱动态应变测量的实验研究。

极低频高分辨率动态应变传感技术在地震预报、石油勘探、次声波监测及周界安全等领域都有着巨大的应用价值。本项目围绕极低频高分辨率波长位移解调技术，包括极低频高性能相位解调算法及其实现、干涉仪初始相位低频漂移的补偿及干涉式解调系统抗环境干扰技术；系统噪声特性建模与DFB光纤激光器低频噪声抑制技术；极低频动态应变－温度交叉敏感的消除技术等内容开展了理论和实验研究。首次独立提出基于改进型反正切式PGC算法，它既能够满足极低频信号解调的需要，同时也具有高精度、大动态范围、高稳定度、高线性度、低谐波失真的优点。提出了双波长激光相位补偿法，解决了温度－应变交叉敏感国内外公认的关键科学问题。建立了极低频动态应变信号信噪比传输模型，从系统的角度对噪声特性进行了分析。搭建极低频高分辨率波长位移解调系统，实现测量频率范围0.01-20Hz，动态波长分辨率优于0.001pm/√Hz @ 0.1 Hz，通过调整应变传感器的灵敏度可实现优于10pε/√Hz @ 0.1 Hz的动态应变分辨率。. 在三年的研究工作中，按照原定项目研究内容，，完成了项目计划的各项要求。研制出基于DFB光纤激光器的动态应变传感系统案，申请了相关国家专利4项，发表论文7篇，其中SCI收录4篇，国际会议文章1篇，培养研究生4名。