【摘 要】
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观测地震波就是观测震源产生的振动信号和振动信号在大地介质中的传播过程。在大型桥梁状态监测、管道周边安全监测等工程应用中,都需要检测和分析大地振动信号来预知潜在的风险,以保证工程安全、人民生命和国家财产安全。传统的地震波观测方法是使用电子检波器记录地震相关数据,这种电子检波器为单点式检波器,使用时需要将多个电子检波器串联之后在布设在地表或井下,工程成本昂贵且工期长、施工困难。分布式光纤声学传感（Di
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观测地震波就是观测震源产生的振动信号和振动信号在大地介质中的传播过程。在大型桥梁状态监测、管道周边安全监测等工程应用中,都需要检测和分析大地振动信号来预知潜在的风险,以保证工程安全、人民生命和国家财产安全。传统的地震波观测方法是使用电子检波器记录地震相关数据,这种电子检波器为单点式检波器,使用时需要将多个电子检波器串联之后在布设在地表或井下,工程成本昂贵且工期长、施工困难。分布式光纤声学传感（Distributed optical fiber acoustic sensing,DOFAS,简称DAS）技术,通过测量光纤中背向瑞利散射光的相位变化,仅布设一根光缆即可实现对沿线的振动事件检测与监控,解决了电子检波器成本高、施工难的问题,具备良好的工程实用性。本文对基于DAS技术的地震波观测方法进行研究,主要内容与创新点如下:1.基于DAS技术原理从不同的角度切入,分别进行了光纤对地震波场的响应研究和光纤对地震振动信号的响应研究,并针对光缆纵向振动响应低的问题,研究并设计了光缆增敏型DAS系统并进行了力学模型分析。在DAS系统的性能测试实验表明,DAS系统对50～500Hz的震动源频率,保持良好的响应;系统在15km处空间分辨率为13.4m,符合工程应用的要求;系统在有效传感距离内最大定位误差小于14m。2.分别对地表铺设光缆和井下布设光缆两种不同的观测条件下,光缆的最优选布设方案进行研究,提出了一种新型的地表铺设光缆方式,在进行与检波器的响应对比实验后,结果表明基于DAS技术的地震波观测方法在快速部署传感器方面很占优势并且与对振动的响应与检波器一致,针对DAS-VSP测井中井内时变噪声与随机光学噪声的压制问题给出解决方案。3.对DAS技术在管道安全监控工程中的应用进行了泄露与振动预备试验,泄漏试验结果表明,在1000pa气流压力与2000pa气流压力下,DAS系统可以明显的从振动信号时空域图上看到管道泄露信息,且直径4.5mm的泄漏点引发管道振动的主要频率位于3k Hz以下。振动试验中我们给出了管道振动信号增强和模式识别的方案,用以解决长距离分布式光纤传感系统难以有效识别振动入侵信号类别的难题。
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