全光纤微震监测系统信号处理与阵列复用技术的研究

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煤炭工业是我国最主要的能源和基础产业之一,在中国经济社会发展中占据极重要的地位。煤矿安全是煤炭工业持续稳定发展的重要前提。目前,我国煤矿安全事故频发,造成了重大的经济损失、人员伤亡及消极的社会影响。近年来,随着电子技术和设备的突破性进展,特别是计算机数据处理能力的提升,使得微震监测技术得到了飞速的发展。微震监测技术即是通过监测煤岩的微破裂现象实现对煤矿井下灾害的监测和预警。目前国内外大多数微震监测系统的前端传感器为电学的加速度传感器。在井下有瓦斯的环境中使用电学的加速度传感器存在着严重的安全隐患。因此,基于全光纤加速度传感技术,研发本质安全型的光纤微震监测仪对煤与瓦斯突出矿井安全监测预警有重要意义。本论文研究了适合全光纤微震监测系统的相位生成载波(PGC)调制技术及降噪技术,开展了1X4时分复用实验,验证时分复用的可行性,并在中铁集团引汉济渭四号隧道进行现场试验,对取得的数据进行时空强三个方面的分析处理。具体成果如下:1.设计了基于LabVIEW的PGC数字解调系统,使用载波信号源的参考时钟,解决了数据采集卡采集信号时产生的相位漂移问题,并针对PGC解调的载波相位延迟,采用提取单倍频信号,通过寻找极值确定载波相位的方案补偿解调系统中固有的相位延迟,消除了其不利影响。2.详细阐述了双路平衡检测方案和参考干涉仪PGC调制解调方案原理,首先使用双路平衡检测方案,在200Hz以上频段,系统强度噪声约下降10dB;然后对参考干涉仪解调方案其进行模拟仿真分析并进行实验测试,在低频信号30Hz处,系统相位噪声最大约下降20dB,在100Hz以上频段,系统相位噪声抑制效果随频率增加而减小,经实验证明,系统20Hz-200Hz低频噪声得到有效控制。3.综合评估了多种复用方案的成本和技术难度,确定了时分+空分复用方案,搭建了1X4时分复用光路,基于LABVIEW设计了解复用程序,对时分复用光路信号进行PGC解调,实验结果显示系统最小可检测加速度为70ug,验证了时分复用方案的可行性。4.开展了8通道全光纤微震监测系统地下室模拟现场实验和中铁集团引汉济渭工程四号隧道外场实验,在对采集到的震动信号波形进行到时提取,验证了震源的定位算法及能量震级计算方法。
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