基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器 被引量：6

1

作者 李晨 陆雪琪 +2 位作者 庾财斌 吴繁 吴宇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期192-196,共5页

研究了一种基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器,该传感器是由单模光纤和多层石墨烯薄膜构成的光纤法布里-珀罗干涉腔结构。分别采用多层的石墨烯和氧化石墨烯(GO)材料作为声压敏感薄膜,进行声波传感实验研究。结果表明,在音频范围内,... 研究了一种基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器,该传感器是由单模光纤和多层石墨烯薄膜构成的光纤法布里-珀罗干涉腔结构。分别采用多层的石墨烯和氧化石墨烯(GO)材料作为声压敏感薄膜,进行声波传感实验研究。结果表明,在音频范围内,基于石墨烯和GO薄膜的光纤声波传感器的平均信噪比分别达到56dB和69dB,平均最小可探测声压灵敏度分别为20.8μPa·Hz^(-1/2)和6.63μPa·Hz^(-1/2),远低于电学声波传感器的最小可探测声压灵敏度。基于石墨烯材料的光纤声波传感器具有更高的声波检测灵敏度,适用于强电磁干扰、狭小空间等环境下的微声压测量。 展开更多

关键词 传感器 多层石墨烯 法布里一珀罗干涉腔 光纤声波传感器 灵敏度

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基于Mach-Zehnder干涉仪的单模光纤声波传感器的研究 被引量：4

2

作者 李双佶 梁景舒 +1 位作者 王福娟 蔡志岗 《大学物理》 北大核心 2011年第6期52-56,共5页

光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器.它与普通的传感器相比,具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防燃等优点,因此在温度、应力、磁场等传感领域都有着广泛的应用.本文研究的光纤声波传感器,其基础为Mach-Zehnder(M-Z... 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器.它与普通的传感器相比,具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防燃等优点,因此在温度、应力、磁场等传感领域都有着广泛的应用.本文研究的光纤声波传感器,其基础为Mach-Zehnder(M-Z)全光纤干涉仪,我们主要的工作集中在传感臂探头的制作.所研制的基于M-Z干涉仪的单模光纤声波传感器,可以对声波的频率和声压级(输出电压峰谷差值)进行测量,频率响应范围为4～5000 Hz,涵盖了次声波段,动态响应范围上限为100 dBA. 展开更多

关键词 传感器 光纤声波传感器 相位调制 M—Z全光纤干涉仪

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飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器

3

作者 郑怡雯 陈永璋 +4 位作者 唐前浩 朱一新 于永芹 杜晨林 阮双琛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期209-219,共11页

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁... 设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。 展开更多

关键词 光纤声波传感器 微悬臂梁 飞秒激光微加工 声压灵敏度 法布里-珀罗干涉仪

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分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅱ:背景噪声成像 被引量：32

4

作者 林融冰 曾祥方 +4 位作者 宋政宏 徐善辉 胡久鹏 孙天为 王宝善 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1622-1629,共8页

随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方... 随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方面得到了应用,在提高成像分辨率的同时,又降低了观测成本.本研究使用国产分布式光纤声波传感器开展了观测实验,利用480m埋地光缆记录了13h背景噪声,计算得到噪声互相关函数,获得了高频Rayleigh面波信号.采用多道面波分析方法提取相速度频散曲线,其结果与传统检波器记录和主动源结果较为一致.采用遗传算法反演得到了研究区内二维S波速度剖面,获得了下方沉积物横向变化特征.通过本次实验,初步验证了国产设备开展地震背景噪声成像研究、构建地下浅层结构模型的可行性. 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感器 地震背景噪声成像 浅层结构

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分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅰ：主动源高频面波 被引量：31

5

作者 宋政宏 曾祥方 +3 位作者 徐善辉 胡久鹏 孙天为 王宝善 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期532-540,共9页

近年来发展的新型地震观测系统--分布式光纤声波传感器(DAS,Distributed Acoustic Sensing)可以实现低成本高密度观测,有望提高浅层结构成像的精度以及分辨率.最近国内研发了一系列具有自主知识产权的DAS设备,为验证国产设备在浅层结构... 近年来发展的新型地震观测系统--分布式光纤声波传感器(DAS,Distributed Acoustic Sensing)可以实现低成本高密度观测,有望提高浅层结构成像的精度以及分辨率.最近国内研发了一系列具有自主知识产权的DAS设备,为验证国产设备在浅层结构研究中的可行性以及应用效果,2018年7月我们开展了一次DAS观测实验.实验采集了50kg落锤震源激发的地震信号,并采用多道面波分析方法提取了8~20Hz频段的主动源Rayleigh波相速度频散曲线,得到了实验区浅层30m的S波速度结构.获得的主动源面波频散曲线与共址检波器的结果吻合,也与背景噪声提取的结果具有较好的一致性,表明国产设备的可靠性和DAS在浅层结构主动源面波成像研究中的可行性. 展开更多

关键词 主动源 分布式光纤声波传感器 多道面波分析方法 浅层结构

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分布式光纤声波传感器及其在天然地震学研究中的应用 被引量：19

6

作者 张丽娜 任亚玲 +2 位作者 林融冰 宋政宏 曾祥方 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2020年第1期65-71,共7页

分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing,DAS)是近年来兴起的超密集地震观测系统,具有一系列观测密度高、观测成本低、耐受恶劣环境等优势,在油气行业得到了广泛应用,也引起了天然地震学界的关注.本文简要回顾了DAS系统的... 分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing,DAS)是近年来兴起的超密集地震观测系统,具有一系列观测密度高、观测成本低、耐受恶劣环境等优势,在油气行业得到了广泛应用,也引起了天然地震学界的关注.本文简要回顾了DAS系统的测量原理、发展历程、技术方案、介绍了测量原理及其响应特性,然后围绕多个观测实验,介绍浅部结构成像、深部结构探测和地震监测三个方向的典型应用实例,最后讨论了DAS系统在天然地震学研究中应用面临的挑战和发展趋势. 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感器 光纤传感 地震成像 地震监测

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光纤布拉格光栅(FBG)和分布式声波传感器(DAS)在地学中的应用进展及发展方向 被引量：5

7

作者 张辉 吕庆田 +4 位作者 张毅 刘振东 李巧灵 陈进 李立胜 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2023年第3期1416-1454,共39页

光纤通信是20世纪最伟大的创新成就之一.21世纪以来,光纤布拉格光栅和分布式光纤声波传感器逐渐应用在地学领域中,因其具有耐受复杂环境,采集密度高,频率范围大,成本低等优势,在井中地震,地面地震,地热,矿产,水力压裂微震监测,碳捕捉与... 光纤通信是20世纪最伟大的创新成就之一.21世纪以来,光纤布拉格光栅和分布式光纤声波传感器逐渐应用在地学领域中,因其具有耐受复杂环境,采集密度高,频率范围大,成本低等优势,在井中地震,地面地震,地热,矿产,水力压裂微震监测,碳捕捉与封存监测,近地表结构和天然地震学,设施安全和地质灾害监测以及地学大数据等领域得以迅速发展并很快成为研究热点.本文将光纤布拉格光栅和分布式光纤声波传感器与常规地震检波器在基本原理,主要结构和采集信号等方面进行总结对比,结合野外试验和地学领域的应用实例对他们的优缺点和适用性进行了初步探讨和总结:DAS能够更好地实现长距离覆盖,而FBG能记录矢量信号.然后针对光纤传感器存在的低信噪比,方向效应和位置不确定性等问题进行了讨论分析,提出了解决方法.建议未来在碳捕捉、利用与封存,地热,科学钻探井等领域大力发展光纤传感长期监测技术,组建局部或全球性的光纤地震监测网络,为解决实际地质问题提供可靠的光纤地学信息. 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 分布式光纤声波传感器 瑞利后向散射 地学应用

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集输管道分布式光纤声波泄漏监测系统的设计与试验 被引量：7

8

作者 张丽 周巍 《油气田地面工程》 2021年第8期57-64,共8页

建立高效稳定的泄漏监测系统是保障高含硫气田集输管道安全运行的关键,对于减小泄漏事故造成的人员伤亡和经济损失意义重大。基于分布式光纤声波传感技术设计了一种新的天然气管道泄漏监测系统,并模拟了不同泄漏孔径下的分布式光纤振动... 建立高效稳定的泄漏监测系统是保障高含硫气田集输管道安全运行的关键,对于减小泄漏事故造成的人员伤亡和经济损失意义重大。基于分布式光纤声波传感技术设计了一种新的天然气管道泄漏监测系统,并模拟了不同泄漏孔径下的分布式光纤振动传感器的测试效果,通过模拟试验得到的光纤振动曲线以及声波信号曲线发现:分布式光纤声波泄漏监测系统可对0.5 mm的微泄漏进行监测,监测范围达到180°,传感器探测距离可达80 cm,泄漏事件响应时间≤3 s,对泄漏点可实现快速准确地定位。该系统能够同时探测多个泄漏点,实现了监测范围大、响应时间短的集输管道微泄漏监测,目前已成功应用于普光高含硫气田部分集输管道,保障了集输管道的安全运行。 展开更多

关键词 集输管道 泄漏监测 分布式光纤声波传感器 试验测试

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基于分布式光纤声波传感器的带式输送机托辊故障监测方法 被引量：3

9

作者 梁堃 王驰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第9期266-274,共9页

研究了一种基于分布式光纤声波传感器(DAS)的托辊监测方法,用于带式输送机托辊故障识别。在论述利用DAS检测托辊故障振动特征信号原理的基础上,搭建胶带长度为30 m的带式输送机测试系统平台,模拟托辊卡死、无轴承、断裂等不同故障情况... 研究了一种基于分布式光纤声波传感器(DAS)的托辊监测方法,用于带式输送机托辊故障识别。在论述利用DAS检测托辊故障振动特征信号原理的基础上,搭建胶带长度为30 m的带式输送机测试系统平台,模拟托辊卡死、无轴承、断裂等不同故障情况进行实验测试数据采集。通过对采集的声音信号进行时域和频域分析,提取不同故障下的特征量,实现托辊的故障识别。实验结果表明,利用DAS技术可以检测带式输送机托辊故障振动特性监测,在工业带式输送机托辊故障监测方面具有应用前景。 展开更多

关键词 仪器 测量与计量 分布式光纤声波传感器 带式输送机 托辊 故障监测

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基于应变率的分布式光纤声波传感全波形反演研究 被引量：6

10

作者 刘辉 李静 迟本鑫 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3584-3598,共15页

分布式光纤声波传感系统(Distributed Acoustic Sensing,DAS)是近年来迅速发展的新型地震数据采集系统.与传统地震检波器相比,DAS具有耐受恶劣环境,易实现大区域高密度观测等优点.传统地震检波器测量质点速度,而DAS接收沿光纤的轴向应变... 分布式光纤声波传感系统(Distributed Acoustic Sensing,DAS)是近年来迅速发展的新型地震数据采集系统.与传统地震检波器相比,DAS具有耐受恶劣环境,易实现大区域高密度观测等优点.传统地震检波器测量质点速度,而DAS接收沿光纤的轴向应变率(或应变)信号,传统基于速度—应力场弹性波方程全波形反演无法直接用于DAS数据反演.在前人DAS数据全波形反演研究中,将DAS数据转换为沿光纤的质点速度,但会放大低波数噪声,在低信噪比条件下影响反演精度.本文提出了直接基于应变率数据的DAS信号全波形反演方法.首先推导实现了直接基于应变率参数的DAS数据全波形反演理论.其次通过典型模型测试和DAS实测数据验证了直接基于应变率的全波形反演方法在DAS数据速度反演中的可行性和有效性. 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感器 应变率全波形反演 频散曲线

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全智能化分布式光纤声波传感器的信号处理方法

11

作者 吴慧娟 王新蕾 +5 位作者 廖海贝 矫玺本 刘一羽 舒新建 王璟伦 饶云江 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期180-200,共21页

简要回顾了从基于传统机器学习的普通感知型分布式光纤声波传感器(DAS)到基于深度学习的全智能化DAS的转变历程,深入分析了基于多维信息提取的DAS监督学习及半监督、无监督和跨场景迁移等深度学习方法的研究现状,概括了不同识别模型的... 简要回顾了从基于传统机器学习的普通感知型分布式光纤声波传感器(DAS)到基于深度学习的全智能化DAS的转变历程,深入分析了基于多维信息提取的DAS监督学习及半监督、无监督和跨场景迁移等深度学习方法的研究现状,概括了不同识别模型的构建思路、特点,及其识别性能、处理时间等评价指标,也论述了DAS从单源检测到多源混叠检测、从单任务到多任务处理等智能感知能力提升面临的新挑战,最后对全智能化DAS的信号处理发展方向及新趋势进行了展望。 展开更多

关键词 光纤物联网 相敏光时域反射 分布式光纤声波传感器 智能感知 信号处理

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光缆布设方式对DAS主、被动源记录的影响 被引量：5

12

作者 林融冰 包丰 +3 位作者 谢军 张宫博 宋政宏 曾祥方 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期4087-4098,共12页

近年来分布式光纤声波传感器在近地表结构的主、被动源地震成像中得到了广泛应用,前人研究发现不同布设方式光缆记录的数据质量差别较大,有可能影响成像结果.因此本文针对光缆布设方式对分布式光纤声波传感器记录的主、被动源数据的影... 近年来分布式光纤声波传感器在近地表结构的主、被动源地震成像中得到了广泛应用,前人研究发现不同布设方式光缆记录的数据质量差别较大,有可能影响成像结果.因此本文针对光缆布设方式对分布式光纤声波传感器记录的主、被动源数据的影响开展了观测实验,设计了水泥胶结、路面摆放、架空三种布设方式模拟实际情况中的光缆,开展了主、被动源信号观测.基于光缆记录的被动源信号计算噪声互相关函数,采用多道面波分析法测量不同光缆的相速度频散曲线,并对比三种布设方式的光缆记录的主动源信号波形与到时等信息.结果表明水泥胶结和路面摆放布设方式可以提供质量较好且一致的主、被动源数据,但是悬空光缆的信号质量与频谱受到光缆自振的影响.利用滤波去除光缆自振影响后,其频散曲线与水泥胶结和地面摆放光缆提取的频散曲线误差在5 m·s以内.通过相应优化手段后,三种布设方式的光缆记录的主、被动源数据都可以用于面波和体波走时成像,而主动源信号波形信息差异较大,难以直接用于相关成像研究,有待开展进一步工作. 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感器 主动源 被动源 光缆布设方式

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井下光纤传感器记录地震信号试验 被引量：1

13

作者 谢力 《国外石油动态》 2000年第9期14-15,共2页

关键词 油田 井下光纤声波传感器 地震信号记录 试验

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基于锥形七芯光纤的紧凑型超声波传感器 被引量：1

14

作者 杨熙 阴欢欢 +1 位作者 邵志华 乔学光 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期228-236,共9页

提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器,并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成,形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配,容易激发高阶模式,... 提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器,并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成,形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配,容易激发高阶模式,被激发的多种模式的光波继续沿着七芯光纤传播,然后到达锥形区域。由于锥度直径的急剧减小,模式间发生干涉,传感器的灵敏度得到提高。制备了不同直径的锥形七芯光纤,并对其模间干涉和超声测量进行了对比分析。超声波在水中传播时,将周期性地改变周围液体的折射率,基于锥形光纤的倏逝场效应,调制锥形光纤中光波的传输。该超声波传感器具有制作简单、信噪比高、频率响应宽等特点。 展开更多

关键词 光纤传感 光纤超声波传感器 倏逝场 微纳光纤 七芯光纤

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地震物理模型光纤超声成像技术研究(特邀)

15

作者 邵志华 阴欢欢 +1 位作者 王若晖 乔学光 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期127-149,共23页

光纤超声波传感器是一种利用光纤作为敏感探测单元的微巧声波传感器。相比于传统的电磁类超声波换能器,光纤超声波传感器具有灵敏度高、频带响应宽、体积小巧、抗电磁干扰等优越性,已广泛应用于国防安全、工业无损检测、生物医学成像、... 光纤超声波传感器是一种利用光纤作为敏感探测单元的微巧声波传感器。相比于传统的电磁类超声波换能器,光纤超声波传感器具有灵敏度高、频带响应宽、体积小巧、抗电磁干扰等优越性,已广泛应用于国防安全、工业无损检测、生物医学成像、地震物理模型成像等领域,在不同的生产与生活中均备受关注。本文主要综述了光纤干涉型和光纤光栅型等几种典型的光纤超声波传感器的传感机理和发展现状,并针对地震物理模型超声波成像技术,对比展示了常规的电声换能器、新型的光纤超声波传感器以及新兴的激光超声波技术的研究进展,阐述了其中存在的科学技术问题与挑战。 展开更多

关键词 地震物理模型 光纤超声波传感器 电声换能器 激光超声 超声成像

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井下光纤声波传感器的现场测试

16

作者 海云 《世界石油工业》 2000年第10期46-46,共1页

关键词 油气井 井下光纤声波传感器 油层连通性 测试

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