微地震中光纤振动传感技术研究

发布时间：2017-04-27 15:34

  本文关键词：微地震中光纤振动传感技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国非常规油气开采的进行,微地震监测技术已成为判断压裂裂缝形成、发展趋势的可靠依据,其监测结果为提高页岩气开采水平和非常规油气采收率提供了重要保证,同时对矿山、工程结构及其地质体结构稳定性监测都具有重要意义。振动传感器作为该项技术中关键器件,其性能优劣至关重要。相比于电类传感器,光纤振动传感器具有灵敏度高、带宽大、抗电磁干扰、易于大规模组网等优点。为此,本文主要开展了微地震监测技术中光纤振动传感器的研究。论文主要工作如下:1、研究了微地震监测技术的发展动态,分析了该技术的基本原理。在此基础之上,提出了FBG振动加速度传感器用于微地震监测技术的理论和方法。对光纤振动传感器技术发展与研究现状进行了综述。研究了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变和温度传感模型及FBG耦合模理论。完善并提高了光纤加速度传感器的力学模型,分析了其响应特性函数。2、研究并设计了一种基于顺变柱体结构的FBG振动加速度传感器,包括该传感器的基本原理、封装制作方法及其动态特征。实验研究表明,该传感器的固有频率是400Hz,频率范围是30~300Hz,灵敏度为42.7pm/G。在此基础之上,设计了基于推挽式结构的FBGs振动加速度传感器,其固有频率是610Hz,频率范围为40~480Hz,灵敏度为50pm/G。3、研究并设计了一种基于铰链结构的FBGs二维振动加速度传感器。建立了该传感器的应力和应变理论模型,用有限元法进行了模拟分析。实验结果表明该传感器在X/Y方向的共振频率分别为1050Hz和1060Hz,频率范围为50~900Hz,传感器的灵敏度分别为13.1pm/G和12.0pm/G,理论分析该传感器灵敏度可达到20pm/G。4、研究并设计了一种基于光纤马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)结构光纤振动传感器,用于井中微地震检测。对传感器进行了应变特性测试,实验结果表明该传感器在0~1920μ?范围内,应变灵敏度为2.6pm/μ?和0.0027dB/μ?,线性度是0.9971。
【关键词】：微地震 FBG加速度传感器 顺变柱体 铰链 MZI
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 微地震监测技术综述9-15
• 1.1.1 微地震监测技术研究现状9-11
• 1.1.2 微地震监测技术在油气田勘探开发中的主要应用11-14
• 1.1.3 微地震监测技术的基本原理14-15
• 1.2 FBG振动传感器技术发展与研究现状15-16
• 1.3 论文研究目的和意义16-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-19
• 第二章 FBG振动加速度传感器的基本理论19-29
• 2.1 FBG传感原理19-26
• 2.1.1 FBG结构及常用器件19-21
• 2.1.2 FBG应变和温度传感模型21-24
• 2.1.3 FBG耦合模理论24-26
• 2.2 FBG振动加速度传感器的力学模型和特性分析26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 基于顺变柱体结构FBG振动加速度传感器29-42
• 3.1 FBG振动加速度传感器结构设计和基本原理29
• 3.2 FBG振动加速度传感器的制作和封装29-31
• 3.3 FBG振动加速度传感器固有频率和灵敏度理论分析31-32
• 3.4 FBG振动加速度传感器的动态性能测试分析32-36
• 3.4.1 幅频特性实验分析32-35
• 3.4.2 灵敏度特性实验分析35-36
• 3.5 基于推挽式顺变柱体结构FBGs振动加速度传感器36-41
• 3.5.1 FBGs振动加速度传感器结构设计和基本原理36-37
• 3.5.2 幅频特性实验分析37-39
• 3.5.3 灵敏度特性实验分析39-41
• 3.5.4 温度特性实验分析41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 基于铰链结构FBGs二维振动加速度传感器42-54
• 4.1 FBGs振动加速度传感器结构设计及工作原理42-43
• 4.2 FBGs振动加速度传感器的理论分析43-45
• 4.3 基于有限元法的仿真建模分析45-49
• 4.3.1 COSMOSXpress软件介绍45-47
• 4.3.2 FBGs振动加速度传感器模型的应力与应变分析47-49
• 4.4 FBG振动加速度传感器的动态测试实验及结果分析49-53
• 4.4.1 幅频特性实验分析49-51
• 4.4.2 冲击特性实验分析51
• 4.4.3 灵敏度特性实验分析51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 基于光纤MZI结构振动传感器54-62
• 5.1 光纤MZI传感原理54-57
• 5.1.1 传感器的制作54-56
• 5.1.2 传感器的理论分析56-57
• 5.2 光纤MZI振动传感器静态性能测试与分析57-60
• 5.2.1 应力实验分析57-59
• 5.2.2 温度实验分析59-60
• 5.3 光纤MZI振动传感器动态性能理论分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 全文主要工作总结62
• 6.2 未来工作展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果70-71

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