基于DAS分布式光纤声学传感地震检波器设计

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lichao0714900
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地震勘探作为地球物理勘探最重要的方法之一被广泛应用于地质灾害预警及监测领域。传统的地震勘探设备多采用电学类地震检波器以及各类点式光纤传感器等,使用时需将多个检波器串联之后布设在地表或井下,工程成本昂贵布设困难;抗干扰能力差。与传统地震检波器不同,分布式光纤声学传感(Distributed optical fiber acoustic sensing,DOFAS,简称DAS)技术在地震勘探、管道监测、周界安防等领域具有重要地位。该技术的作用机理是通过检测声振信号所导致光纤性质变化来实现的,仅需布设一根光缆即可实现对光纤沿线振动事件的监测,降低布设难度与成本,具备良好的工程实用性。因此结合DAS机理的优势,搭建一套基于DAS的分布式光纤声学传感地震检波器。本文主要工作如下:其一,详细阐述了基于φ-OTDR技术的DAS传感机理,对声传感模型进行优化,通过ANSYS软件验证仿真与理论计算一致性,分析DAS声传感增敏模型最佳方案,设计出具有对声音高感知能力的声传感模型,完成声传感增敏模型设计,验证得出平均提升4.12%的信号幅值,经过信号解调去噪处理,得出设计的声传感增敏模型可以有效的获得更好的声学信号采集质量。其二,利用FPGA在高速数据处理上的优势,提出基于FPGA技术的数据处理方案,对SDRAM部分进行详细论述和仿真;将改进的累加平均算法应用在FPGA中降低噪声干扰,并进行仿真验证,结合小波去噪为后续上位机显示打下良好基础;相较于采集卡与上位机的组合,FPGA高速数据处理模块大大降低了上位机数据处理压力和工程应用成本。其三,搭建基于DAS机理的地震检波器总体结构,设计光电探测模块,对光缆外部材料以及脉冲宽度进行选择;进行性能测试,结果表明该地震检波器探测距离大于50km、空间分辨率约为6m,频率响应范围为0.1Hz~500Hz,最小可探测应变量约为0.55 ne,进行井下竖向钻孔实验可达32m探测深度,满足工程应用需求;与传统地震检波器相比,两者信号波形较为相似,且基于DAS的地震检波器对地震波到来前后的微弱信号更为灵敏。
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