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工学博士学位论文


光学地震测量方法与关键技术研究


博士研究生: 吴冰
指导教师: 苑立波教授
学位级别: 工学博士
学科、专业: 机械设计及理论
所在单位: 机电工程学院
论文提交日期: 2012 年 10 月
论文答辩日期: 2012 年 11 月
学位授予单位: 哈尔滨工程大学
Classified Index:
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A Dissertation for the Degree of



Optical Seismic Measurement and Key
Technologies Research




Candidate: Wu bing
Supervisor: Prof. Yuan Libo
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Mechanical Design and Theory
Date of Submission: October, 2012
Date of Oral Examination: November, 2012
University: Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人
独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参
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或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集
体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本
人承担。
作者(签字):
日期: 年月日


哈尔滨工程大学
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单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。
本论文(□在授予学位后即可□在授予学位 12 个月后□解密后)
由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。
作者(签字): 导师(签字):
日期: 年月日年月日
光学地震测量方法与关键技术研究
摘要
地震波的测量在国民经济方面具有重大意义,通过它可获得地质构造情况,可将其
应用于矿产勘探、地球物理研究及地质活动灾害预警等。与传统地震测量仪器相比,光
学式地震计及应变计灵敏度高,带宽宽,低频特性好,传感头无任何附加电子设备,动
态范围大,并且可以依托现有光通信系统组成大规模的传感阵列。
本文主要研究了光学地震监测原理及方法研究,构建光学地震测量系统,主要基于
以下方面开展研究:研究光学地震测量原理,分别开展空间光路结构的激光干涉仪测量
原理及光纤振动传感技术原理研究;分析研究光学测量系统的噪声。
对相位生成载波(PGC)解调算法进行优化,消除B值影响并且加入在线稳定性监
测功能。该算法在基于相位生成载波(PGC)解调技术,通过对光电信号贝塞尔展开项
的运算处理,实现了干涉强度B值的消除,降低了输出信号对干涉对比度的依赖,极大
提高了光学地震计的抗干扰能力;此外在PGC的载波信号中加入低频监测信号,在不增
加硬件负担的条件下实现了干涉仪的实时在线稳定性监测,并且为信号分析提供系统的
工作状态数据,降低信号分析过程中的误差,提高干涉仪调试及运行效率。
研究构造了光路集成化的长基线激光应变仪。在原有设计基础之上将长基线激光应
变仪的分立光学器件进行集成化设计,减少了应变仪光学系统的调节机构,提高了光学
系统的稳定性。开展了激光应变仪的光学系统研究,标定了应变仪的光学干涉系统,并
详细研究了其噪声性能。设计及构建光学真空管路,实现了22米的长基线激光应变仪的
构建,实现了并且进行了长基线激光应变仪的管路封闭实验。
研究构造了一种小尺度高精度的光纤地震计。对光纤地震计的光路结构及传感原理
展开研究,并实现了光纤地震计的光路结构设计。设计分析了光纤地震计的传