石油中青年创新基金年度报告-陈少华

.1.石油科技中青年创新基金资助项目阶段进展报告（2007 年 9 月 2008 年 8 月）项目名称：纤栅式地震检波器高精度解调系统的研究项目负责人：陈少华单 位：中国石油大学（北京）通讯地址：北京市昌平区复学路 18 号电 话：起止日期：2007 年 09 月 01 日至 2009 年 09 月 31 日石油科技中青年创新基金委员会CNPC.2.本 年 度 课 题 完 成 情 况（一） 比照合同的研究工作计划，简要说明是否按计划进行,哪些研究内容未按计划进行，分析超过或未达到预定目标、进度和研究内容的原因。07 至 08 年度的工作基本按计划进行。本课题是制作光纤光栅地震检波器的干涉解调系统。目前完成工作如下：（1）设计制作了宽带光源和光纤光栅地震检波器传感探头，购置了震动台，制作了宽带光源，利用Bayspec 解调模块对其性能进行了初步测试。结果表明，探头结构基本实用。（2）确定了迈克尔逊干涉仪的臂长差和周期，购置了法拉第旋转镜，目前正在定购压电陶瓷和控制器。（3）电路部分已经进行了理论仿真，目前解调电路的初步制作工作已经完成，正在进行调试。以上工作基本按计划进行。（4）解调系统光路部分的制作工作刚刚开展，主要原因是压电陶瓷控制器的价格超过预期，目前正筹集经费购买。以上工作落后计划进行。（5）制作了光纤光栅匹配滤波系统，完成了光电转换和数据处理电路，可以借鉴到干涉解调系统的光电转换和数据处理系统中。这部分属超出计划部分的工作。目前发表会议论文一篇。（二）请分层次叙述所开展的研究工作、取得的进展或碰到的问题等，给出必要的数据、图表与探头相关的工作：（1）制作宽带光源，其原理图如图 1 所示。具体指标为：980LD：112mW；铒光纤长度：3.5m；ASE 功率：12.6mW；效率：11.3%图 1 宽带光源结构示意图铒纤 光纤环镜输出980nm LD隔离器驱动模块 制冷模块.3.（2）进行了光纤光栅振动传感器的封装工艺研究，采用悬臂梁增敏技术提高传感器的灵敏度，设计了传感器的封装结构，制作了地震检波器的传感探头。悬臂梁的相关参数：长：2cm；宽：2mm；厚：1mm; 材质：铍青铜光栅的相关参数：中心波长 1536.0 nm：3dB 带宽：0.56nm；光栅长度：3mm存在的问题：由于粘贴时的啁啾效应，光栅的带宽大大展宽。需进一步提高粘贴技术。Bayspec 光纤光栅解调仪，测试频率可达到 200Hz；高精度的光谱测试精度，可达30pm。对光纤光栅地震检波器进行了振动实验，发现频率在 200Hz 以内时，该检波器可以进行传感测量。但由于刚刚购置了压电传感器测试装置，探头可靠性的测试工作正在展开。图4 光栅弹性梁地震检波器结构图 5 光栅弹性梁检波器实物图图 2 输出光谱图 图 3 宽带光源实物图.4.与干涉仪部分相关的工作：（3 ）开展了迈克尔逊干涉仪的光路解调工作。解调仪的臂长差（m）量级，两臂缠绕的光纤长度约为 2m，购置了法拉第旋转镜，目前正筹集资金进行压电陶瓷和控制器的购置工作。图 6 采用迈克尔逊干涉仪解调的光纤光栅地震检波器原理图（4）开展了迈克尔逊干涉仪的电路路解调工作。其电路部分采用相位载波电路。采用Labview 对这部分电路已经进行了仿真，电路制作工作已经完成，目前正在进行电路的调试工作。.图 7 电路部分的原理图（5）制作了匹配光栅滤波系统（图 8） ，完成了相应的光电检测电路和模拟显示系统（图 9和图 10） 。这部分工作可以借鉴到本课题中来。传感光栅：中心波长：1528.44nm; 3dB 带宽：0.22nm ；光栅长度：10mm宽 带 光 源 传 感 FBG 光 电 检 测 系 统 3dB耦 合 器 3dB耦 合 器 解 调 FBG 图 8 反 射 式 光 纤 光 栅 匹 配 滤 波 系 统 .5.解调光栅：中心波长：1528.49nm; 3dB 带宽：0.22nm ；光栅长度：10mm图 9 光电检测电路原理图图 10 光电检测电路图(三) 存在的问题、建议及其他需要说明的情况。无（四）附发表文章及相关成果资料的复印件目前共发表会议论文（“资源高技术论坛-2008”）一篇。图 11 匹配光栅解调系统.6.项目负责人（签章）：年 月 日 .7.下一年阶段的研究工作计划（一）按照合同的研究工作计划，说明下一阶段所要做的研究工作计划、进度安排以及拟达到的技术指标。（二）请详尽说明将如何开展的下一阶段研究工作。1. 下一步研究计划：购置压电陶瓷和控制器后，全面展开干涉仪的制作和调试工作，具体计划和安排如下：1. 制作干涉仪系统，利用封装技术优化其性能，相位解调的灵敏度初步达 10-5rad 量级（08 年 11 月09 年 1 月） ；2. 开展解调系统的光电转换和数据处理的工作。开展并完成电路部分即相位载波电路的制作工作（09 年 2 月09 年 4 月） ；3. 地震检波器的理论仿真工作，利用有限元软件对系统的工作原理进行数据模拟；对理论工作进行整理，撰写论文 1 篇，并申请专利 2 项（09 年 5 月09 年 7 月）；4. 制成整套干涉解调系统，完成调试工作，实现解调系统的相位解调精度至 10-6rad量级；将解调系统应用至光纤光栅地震检波器，并最终完善解调系统的性能，制作成解调系统模块。撰写结题报告，准备结题。 （09 年 8 月09 年 9 月） ；2. 最终研究结果： 1） 发表相关论文 2 篇，申请专利 2 项；2）完成基于光纤干涉仪的解调系统模块一套，并将其应用于光纤地震检波器。（二）下一阶段研究工作下一步预计将压电陶瓷及信号控制器加入到光路系统中，并将控制信号输入控制器，测试干涉仪的性能；同时开展电路即位相测量系统的调试工作，并将该系统的信号处理后加到信号控制器上，以实现对输入传感信号的自动解调。.8.本课题完成论著目录论著或成果名称 主要完成者 完成年月 发表或鉴定年月发表刊物名称、期号或会议名称、组织评议、鉴定单位说明：1.指在本基金资助下，已发表的论文、专著（含审稿通过的） ，发表论文、专著必须注有“中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金资助”字样或 Supported by CNPC Innovation Fundation。2.本表如填不下，可按同样格式加页。3.把文章复印件附在报告后面。.9.本课题经费使用情况表单位：万元批准资助总金额项目名称10一、拨入经费 合 计合 计1、 研究经费 小计（1）科研业务费小计分析化验费差旅费调研、资料费版面、印刷费（2）实验材料费（3）仪器设备费（4）加工费（5）协作费（6