《光纖內包層正交光柵及其矢量振動感測技術研究》是依託西北大學，由榮強周擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：光纖內包層正交光柵及其矢量振動感測技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：榮強周
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請針對目前國內外光纖振動感測領域振動方向識別的難點問題，提出基於光纖內包層正交光柵的矢量振動感測技術，分析寫制於光纖內包層的正交光柵的模式激勵機理與耦合特性，提高光纖包層模對振動方向的感知力，利用正交分量解調技術與矢量合成分析方法實現基於光纖內包層正交光柵的二維振動方向識別。與此同時，通過最佳化光纖光柵結構與寫制工藝，壓縮單個感測器占用頻寬，配合高度集成的二維陣列探測技術，實現多個感測器陣列的波分復用。本項目擬解決光纖內包層正交光柵寫制、感測器微型化、振動方向信息識別等關鍵科學和技術問題，形成一種具有自主智慧財產權的高靈敏、方向可識別、復用能力強的光纖振動感測器技術。本項目研究不僅在新型光纖光柵研究方面有著重要的科學意義，而且在深層油氣藏精細描述、二氧化碳地質封存安全、井下微地震監測等領域具有廣泛的套用前景。
結題摘要
本項目針對目前複雜環境振動信號高靈敏度檢測及方向識別的技術難題，研究並實現了基於光纖內包層正交光柵的矢量振動感測器。掌握了多包層光纖內包層模式激發機理、光纖光柵模式耦合機理及其振動回響特性；掌握了光纖內包層正交光柵最佳化寫制技術，製作出了高信噪比、窄頻寬光譜輸出的高品質新型光纖光柵；提取了正交光柵激勵的包層模能量獨立回響垂直分量的振動激勵，並通過矢量合成，實現二維振動方向檢測。課題組經過三年的研究，完成了各項任務要求，為深層微弱地震波採集提供一種靈敏度高、方向可識別、復用能力強的光纖振動感測器技術。解決了感測器結構最佳化與製作、二維振動信息獲取、感測器復用等關鍵科學和技術問題，形成了一種具有自主智慧財產權的檢測靈敏度高、方向可識別、頻頻寬、復用能力強的光纖二維矢量振動感測器技術。（1）理論研究並分析了多包層光纖內包層模式激發機理、光纖光柵多模式耦合機理及其振動回響特徵等；利用有限元分析方法構建了多包層光纖模型，數值模擬了多包層光纖中低階包層模式電場分量分布及其模場強度隨光纖彎曲的變化情況等。（2）搭建了一套完備的飛秒雷射包層光纖光柵刻寫系統。通過不斷改進和完善光纖內包層正交光柵寫制技術，結合四維精密電動位移台，製作出高信噪比、窄頻寬光譜輸出的高品質包層光纖光柵。（3）研製了系列高性能基於光纖內包層正交光柵的矢量振動感測器。包括小芯徑FBG加速度計、包層型FBG加速度計、雙包層FBG加速度計、正交包層FBG矢量加速度計、離軸包層型FBG矢量彎曲感測器、正交包層FBG、振動信號解調系統，通過提取正交光柵包層模能量對垂直分量振動激勵的獨立回響，結合矢量合成，實現對二維振動方向的檢測。在此基礎上預研了基於光聲功能材料（Au和Co3O4納米片陣列）的雷射超聲地震物理模型成像系統，可以為地震反演提供可靠的實驗模擬數據。（4）搭建了適用於包層FBGs振動加速度信號解調的光學系統。該系統在採集頻率、靈敏度、噪聲抑制等方面均達到了既定目標要求。（5）項目執行過程中，共發表SCI論文15篇；申請國家發明專利6項，其中授權1項；培養研究生5名。
