地震物理模型光纤光栅超声成像技术研究
[Abstract]:Ultrasonic imaging of seismic physical model is an effective way to obtain the ultrasonic signals reflected from the surface and interior of the physical model by using highly sensitive seismic wave sensing technology, and the physical model profile image is obtained by inversion. Aiming at the problems of low spatial resolution and low scanning efficiency in ultrasonic imaging of seismic physical models at home and abroad, a highly sensitive ultrasonic sensing technology based on fiber Bragg grating (FBG) is studied in this paper. The mechanism and technology of fiber Bragg grating used in seismic wave detection and seismic physical model imaging are systematically studied in theory and experiment. It can effectively improve the sensitivity of ultrasonic detection and reduce the size of ultrasonic detector. It is very important to enhance the multiplexing ability of ultrasonic geophone and improve the imaging quality. According to the imaging requirements of different seismic physical models and the mechanism of fiber optic sensing, three kinds of fiber Bragg grating ultrasonic sensors with different structures are developed. A kind of ultrasonic sensor based on the direct coupling of the end face is fabricated by using the phase-shifted fiber Bragg grating. The ultrasonic wave is coupled through the end surface of the fiber and transmitted along the fiber to the fiber grating (sensing region). The reflection spectrum of the grating modulated by ultrasonic is transmitted to the detection unit. Based on the spectral sideband filtering technique, the reflected wavelength information of the grating is converted into the intensity information. The ultrasonic pulse signal (300 KHz).) reflected from different interfaces of seismic physical model was obtained by using photodetector. The fiber optic ultrasonic sensor is compact and suitable for high spatial resolution imaging of small seismic physical models. An ultrasonic sensor based on lateral direct coupling is fabricated by using tilted fiber Bragg grating. In this scheme, ultrasonic wave can be directly coupled to fiber Bragg grating, compared with the method of fiber end coupling ultrasonic wave in the first scheme. The ultrasonic coupling efficiency is greatly improved and the ultrasonic sensitivity of fiber Bragg grating is improved. Combined with the similar spectral sideband filtering technique, the ultrasonic (300 KHz) high sensitivity detection can be realized. In addition, the fiber grating oblique port encapsulation method not only can improve the mechanical strength of fiber grating effectively, and is convenient to detect, install and move, but also its asymmetric structure makes it have different response to ultrasonic excitation in different directions. It can be used for direction recognition of unknown ultrasonic source. A fiber Bragg grating (FBG) is used to fabricate an ultrasonic sensor based on the indirect coupling of fiber end face. In this scheme, the ultrasonic coupling efficiency can be improved effectively by coupling the ultrasonic wave to the fiber through the aluminum cone end. Combined with the above spectral sideband filtering and detection techniques, the high sensitivity detection of ultrasonic (300 KHz) can be realized. In addition, the mechanical strength of the fiber sensor is greatly improved, and the mechanical strength and stability of the sensor are greatly enhanced because of the protection of the fiber optic fiber by the all-metal encapsulation structure of the fiber optic sensor. The directionality of the sensor (the sound field can only be coupled from the aluminum cone to the sensing area) is suitable for ultrasonic detection of known sound sources, while avoiding interference from acoustic signals in other directions, so it is suitable for ultrasonic imaging of seismic physical models.
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P631.4;TB559
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,本文编号:2423313
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