[发明专利]一种基于双闭环反馈的低频大动态光纤地震计装置

说明书

本发明提供一种基于双闭环反馈的低频大动态光纤地震计装置，该装置包括光源模块、光纤干涉仪模块、探测采集模块、双反馈控制模块。其特征是双反馈控制模块中的第一数模转换器与光纤干涉仪模块中的相位调制器相连，形成第一闭环反馈回路；第二模数转换器依此连接功率放大器和电磁反馈装置并作用于光纤干涉仪模块的惯性质量，形成第二闭环反馈回路；由光纤干涉仪模块拾取的振动在与双反馈控制模块相互作用后得到的差分信号，会传输至探测采集模块，探测采集模块输出端与双反馈控制模块相连。由此形成的双闭环反馈光纤地震计装置具有超大动态范围，超低工作频带，全量程反馈等优点，并可广泛应用于多种光纤地震计。

技术领域

本发明涉及一种基于双闭环反馈的低频大动态光纤地震计装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

现有光纤地震计基本为开环结构，其性能过于依赖机械、光纤本身的性质，同时由于机械、光纤工艺改进困难，在性能的进一步提升方面遇到瓶颈。而传统闭环地震计已经很好地证明了反馈的引入对于地震计的性能有着突破性的提升，摆脱对机械的依赖，同时电子反馈还具有轻便、可调节等多种优势。

1972年等人首次在捷克斯洛伐克安装了一款反馈式宽频带地震计(Dziewonski,A.M..The Global Seismographic Network:Progress and Promise,inObservatory Seismology,University of California Press,Berkeley,California，1989)，其实现了300s～0.3s的低频宽频带的速度平坦响应。首次提出的利用反馈实现宽频带的概念，明显地展示出了反馈在地震计应用中的广阔前景。

1998年，中国地震局地震研究所公开了一种反馈式超宽频带地震计(CN98121724.9)，此专利采用三维结构，目的是实现在20Hz～360s响应频带的对地速度平坦响应，在360s～DC响应频带对地加速度平坦响应，同时获得140dB的动态范围。

2011年,珠海市泰德企业有限公司公布了一种力平衡反馈宽频带地震计(CN201120500621.8),其利用电磁机构配合比例、积分、微分控制。实现了50Hz～60s的宽频带平坦响应，其截至低频甚至可以拓展至120s，测量动态范围达140dB，灵敏度则为2000V/(m/s)。在保证大动态和高灵敏度得同时，实现了低频测量和宽频带的性能。

上述三种传统反馈式地震计，都提现了反馈对传统机电式地震计在低频延拓、频带展宽和动态范围提升上的重要作用，其早已成为传统地震计中不可获取的一部分。因此，将反馈引入到与传统地震计原理基本相同的开环光纤地震计中，理应会对现有开环性能由较大的提升。

2014年中国科学院半导体研究所的王兆刚等人提出了一种利用盘片和法布里-珀罗腔结合的光纤加速度计(Wang Z,et al.Diaphragm-Based Fiber Optic Fabry–PerotAccelerometer With High Consistency.Journal of Lightwave Technology,2014,32(24):4810-4815)。在工作频带10Hz～125Hz的范围内，灵敏度达到了36.07dB V/g，分辨率68.03ug，动态范围约为60dB。文中说明若更换解调方法，分辨率可能达到ng级，此时动态范围约为120dB。

2016年中国科学院声学研究所的吴学兵等人公开了一种干涉型光纤地震检波器(吴学兵,刘英明,高侃.干涉型光纤地震检波器研发及效果分析.石油物探,2016,55(2):303-308)。其采用了马赫-泽德干涉仪和芯轴式结构，工作频带为10Hz～800Hz，灵敏度约40dB rad/g，分辨率为0.1ug@100Hz，动态范围达120dB@100Hz。