光纤光栅地震波监测方法的研究-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 RESEARCH OF MONITORING SEISMIC WAVES METHODS BASED ON FBG A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Optical Engineering Author: Zexiong Hu Advisor: Huimin Yue School : School of Optoelectronic Information 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论 文 使 用 授 权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘要 摘 要 地震是最具破坏性的自然灾害之一，每年都造成大量人员伤亡和巨额经济损 失，如何预测、预报和预警地震是相关科技工作者的使命。地震波包含了丰富的 地震参量信息，根据地震波中 S 波和 P 波传播速度的不同，可以实现地震预警， 实时监测地震波形。光纤光栅地震监测方法是实现地震监测的重要手段，本论文 对光纤光栅地震波监测方法进行了深入研究。 论文首先从理论上详细分析了地震波与光纤光栅传感头的作用机理，对光纤 光栅耦合模方程进行了详细推导，并以耦合模方程为基础，在简单地震波作用下， 得出了地震波与光纤光栅传感头的耦合作用关系式，为研究光纤光栅地震波实时 监测系统提供了理论支持。再根据耦合模方程，推导了光纤光栅传输矩阵理论， 对光纤光栅反射谱与光栅参数的关系进行了仿真，得到了简单地震波作用下光纤 光栅反射谱的变化形式，有力证明了光纤光栅传感器实现地震监测的可行性。 然后研究了基于两种不同解调方法的阵列式光纤光栅地震波实时监测系统， 理论分析和论证了两种波长解调方法的可行性，并对两种波长解调方案进行了仿 真。同时对系统参数进行了分析设计，提出了光纤光栅传感头设计方案，仿真分 析了传感头的性能参数，得到该传感头具有足够的频响范围。再针对地震波监测 系统输出信号特征，设计并制作了基于 3×3 耦合器解调方法的波长解调模块。 最后搭建了基于 3×3 耦合器解调方案的光纤光栅地震波监测实验系统，用 Matlab 编程处理由解调模块采集的实验数据，解调结果与示波器观察到的对应时 间段的波形一致。结果说明基于 3×3 耦合器解调方案的光纤光栅地震波监测系统 能够很好的反应应力作用的变化情况，证明基于 3×3 耦合器解调方案的光纤光栅 地震波监测系统能够实现地震波实时监测，为基于 3×3 耦合器解调方案的光纤光 栅地震波监测系统的深入研究打下了一定的基础。 关键词：光纤光栅，地震波，波长解调，3×3 耦合器，Matlab I ABSTRACT ABSTRACT The earthquake is one of the most destructive natural disaster.It leads to a large number of casualties and huge amount of economic loss every year. How to forecast, predict and early warn earthquake has been the mission of the relevant science and technology workers. Seismic wave contains much earthquake parameters information, and it is able to realize early earthquake warning as well as to monitor seismic waveform in real time according to its propagation velocity characteristics. Monitoring seismic