[发明专利]时分复用阵列式光纤光栅地震波实时监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于光纤光栅振动传感器技术领域，包括光纤光栅传感器波长解调技术领域及光纤定位系统技术领域，具体涉及一种时分复用阵列式光纤光栅地震波实时监测系统。

背景技术

 地震时一种突发性、破坏性极大的自然灾害，一次强烈的地震会在数秒或几分钟内造成建筑倒塌、设施损毁、交通堵塞、堤坝决口坍塌，强烈的地震不仅直接造成巨大破坏，同时还导致多种次生灾害，诸如火灾、水灾、山崩、海啸等，造成人员伤亡，给人类带来巨大的生命财产与经济损失，影响社会稳定发展。 地震的预报是十分困难的，地震预测方法与技术涉及到许多科技领域。目前所开展的地震前兆观测对象与方法有：地震活动性、地壳形变、地下水、地电、地磁、地应力应变、气象、诱发因子、生物与宏观异常等十几类近百种。地震波监测就属于地震活动性观测的重要内容之一，通过地震波监测可以确定地震源方位，离地深度，地震强度，地震波频率、相位及发生时间，进而反演地层结构以及掌握地震活动规律等。它不仅可以为地震预报提供决策依据，同时，通过对地震波的监测，为地震灾害预警提供几秒乃至几十秒的时间差，让受灾者能得到及时疏散，重大生命线工程可及时关闭。因此，对地震波的监测对于地震观测、地震预报及地震预警具有特别重要的意义。

光纤地震波监测是众多地震波监测方法之一，是近年发展起来的一项先进的光纤传感技术。比较于传统的变磁通式、变磁阻式、压电式和涡流式等加速度地震检波器乃至最近比较热门的基于MEMS的地震检波器以及其它光电地震波检波器（光栅数字地震波检波器，激光多普勒地震波检波器）来，光纤地震波传感器具有：（1）灵敏度高；（2）抗强电磁干扰、耐腐蚀、在易燃、易爆环境下安全可靠；(3)工作频带宽、动态范围大；（4）传感部分体积小，形状适应性强；（5）特别适于远距离测量与传感信息的通信组网等特点。

理论上，光纤振动传感器的灵敏度高于常规传感器两个以上数量级（如光纤水听器），频率响应范围0Hz～数十KHz，而经过解调后的动态范围可达到140dB以上，远优于传统检波器。用于振动与加速度测量的光纤传感器的研究自70年代起就早已开始，但专门针对地震波监测的光纤传感器的研究还是近20年的事情。目前，所研究的光纤地震波传感器主要有迈克尔逊干涉型、马赫－曾德尔干涉型光纤加速度地震检波器、萨克勒克(Sagnac)地震旋转波传感器，多普勒光纤速度地震传感器、光纤光栅地震检波器等。2005年波兰Jaroszewicz等报导了一种Sagnac光纤地震旋转波传感器，其灵敏度在振动频率为20Hz时达到4.27x10-8rad/s 。同年，美国Zang.Yan等报导了应用光纤Bragg光栅对地震波的测量。2007意大利 Laudati 等报导一种一维的 Bragg 光纤光栅地震传感器，低频响应达到0.1Hz。2007年马超等报导了光纤Bragg光栅地震检波器的初步研究,其波长解调采用了边缘滤波的方法。2010年乔学光等报道了基于光源滤波的高精度光纤光栅地震检波解调系统。目前，国内外应用光纤技术对于地震波监测的研究还未有大的突破，国内外所进行的研究大多还处于早期单元器件阶段，主要解决传感器的结构设计，进行实时、多点测量，如何提高灵敏度、选择适合的频响范围、拓宽动态范围。

发明内容

本发明提出了一套基于光纤光栅的时分复用阵列式地震波实时监测系统，该系统具有精度高、动态范围大、分布式及实时性的特点，能够对地震波进行实时监测，实现地震预警。针对现有地震波检测系统技术的不足，包括精度不高、动态范围不大、不能定位及不具备实时性等。

本发明为了实现上述目的采用以下技术方案：

一种时分复用阵列式光纤光栅地震波实时监测系统，其特征在于：包括脉冲调制光源、用于采集地震波信息的光纤光栅传感器阵列、采用波导式非平衡M-Z解调系统对地震波信息进行实时解调的解调系统、对解调系统的解调信号进行接收并进行处理得到地震波分量信息的光电探测器、对地震源进行定位的OTDR系统、光纤环形器，所述光纤环形器的1端口连接脉冲调制光源，2端口连接光纤光栅的传感器阵列，3端口连接解调系统，所述解调系统连、光电探测器、OTDR系统、脉冲调制光源顺序连接。