微震监测用光纤加速度传感器研究
发布时间：2021-08-15 16:47
随着煤矿等能源开采深度增加和深埋隧道的掘进,高瓦斯压力、高地应力现象愈加明显,以煤矿煤与瓦斯突出、隧道冲击地压为主的动力灾害时有发生,造成重大的人员伤亡和经济损失。这些灾害的孕育与发生包含岩体从微尺度、小尺度、中尺度到大尺度破裂全过程,同时伴随着大量的微震活动,对微震活动的有效监测有望实现对动力灾害的预测预警。研究和实践表明,微震监测技术已经成为岩体破裂监测最有效的方式之一。目前,传统电学微震监测设备已得到广泛应用,但仍存在前端需供电、易受电磁干扰问题,在煤矿等易燃易爆环境中使用有诸多限制。将干涉型光纤传感器引入到微震监测中,具有本质安全、高灵敏、宽频带、大动态等独特优势,具有良好应用前景。本论文基于干涉型光纤传感原理,研制了膜片式、顺变柱体型两种结构的微震监测用光纤加速度传感器,探索了法布里珀罗加速度传感器的动态光谱解调技术,设计并构建了8通道高灵敏光纤微震监测系统,在淮南矿业集团煤业公司潘二矿12123底抽巷开展了微震监测现场试验。主要研究内容如下:1、利用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微纳加工工艺制备铝-聚酰亚胺-铝复合膜,其厚度可精密...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
波兰SOS监测系统的传感探头南非曾是上世纪全球最大的黄金生产国，在矿金矿开挖深度较深的情况下岩爆事故
微震监测用光纤加速度传感器研究3加拿大工程地震集团公司（EngineeringSeismologyGroup，ESG）研发的震监测系统是一套集软、硬件一体的大型预警系统，在国内外采矿、石油天然气勘探开发、大型建筑等不同领域得到了广泛应用，尤其在煤矿、隧道动力灾害的监测预警应用，得到大力推广，如汕头石油、凡口铅锌矿、望风岗煤矿、锦屏水电站等，如图1.2所示为ESG不同系列微震探头实物。图1.2ESG监测系统的传感探头我国于1959年在北京门头沟矿安装了中国科学院地球物理所研制的581微震仪[5]；1976年唐山地震后，在部分矿井安装地震仪对矿震进行监测；随后几年，长沙矿山研究院开发了DYF-1、DYF-2型便携式地音分析仪与STL-1、STL-2型声发射监测系统[6]。1984年，岩爆活动较为严重的矿井开始引进波兰微震监测系统（SAK-SYLOK）；1999年，国家地震局引进俄罗斯地音监测系统在实验室模拟了矿山地震，研究其成因机理与岩石力学声发射现象；李世愚等人[5,7-11]在抚顺老虎台煤矿周围建立了矿山微震监测系统。上述微震监测设备用途单一、设备监测通道少、灵敏度与精度低、带宽窄，无法实现长期、连续、有效监测，显然，远远不能满足高性能微震监测的需求。2000年后，电子技术的发展和计算机能力的增强使微震监测技术得到全面发展和改善，逐渐应用到红透山铜矿、冬瓜山铜矿、香炉山钨矿等大型金属矿山及大坝、输水隧道的稳定性监测中。大连理工大学唐春安团队引进加拿大ESG微震监测系统后，对系统软、硬件进行优化和改进，分别将其应用于锦屏水电站[12-16]、大岗山水电站[17-20]、洋山隧道[21]、引汉济渭输水隧道[22,23]等大型工程，借助大规模科学计算，建立微震事件分析方法，对动力灾害进行预测预报[24]。2008年，该团队与淮南矿业集团合作，在新庄孜矿安装ES
微震监测用光纤加速度传感器研究3加拿大工程地震集团公司（EngineeringSeismologyGroup，ESG）研发的震监测系统是一套集软、硬件一体的大型预警系统，在国内外采矿、石油天然气勘探开发、大型建筑等不同领域得到了广泛应用，尤其在煤矿、隧道动力灾害的监测预警应用，得到大力推广，如汕头石油、凡口铅锌矿、望风岗煤矿、锦屏水电站等，如图1.2所示为ESG不同系列微震探头实物。图1.2ESG监测系统的传感探头我国于1959年在北京门头沟矿安装了中国科学院地球物理所研制的581微震仪[5]；1976年唐山地震后，在部分矿井安装地震仪对矿震进行监测；随后几年，长沙矿山研究院开发了DYF-1、DYF-2型便携式地音分析仪与STL-1、STL-2型声发射监测系统[6]。1984年，岩爆活动较为严重的矿井开始引进波兰微震监测系统（SAK-SYLOK）；1999年，国家地震局引进俄罗斯地音监测系统在实验室模拟了矿山地震，研究其成因机理与岩石力学声发射现象；李世愚等人[5,7-11]在抚顺老虎台煤矿周围建立了矿山微震监测系统。上述微震监测设备用途单一、设备监测通道少、灵敏度与精度低、带宽窄，无法实现长期、连续、有效监测，显然，远远不能满足高性能微震监测的需求。2000年后，电子技术的发展和计算机能力的增强使微震监测技术得到全面发展和改善，逐渐应用到红透山铜矿、冬瓜山铜矿、香炉山钨矿等大型金属矿山及大坝、输水隧道的稳定性监测中。大连理工大学唐春安团队引进加拿大ESG微震监测系统后，对系统软、硬件进行优化和改进，分别将其应用于锦屏水电站[12-16]、大岗山水电站[17-20]、洋山隧道[21]、引汉济渭输水隧道[22,23]等大型工程，借助大规模科学计算，建立微震事件分析方法，对动力灾害进行预测预报[24]。2008年，该团队与淮南矿业集团合作，在新庄孜矿安装ES
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PGC技术的水下极低频信号检测解调方式研究[J]. 何如龙,孙剑平,隗小斐. 通信技术. 2019(12)
[2]基于微震监测的引汉济渭秦岭隧洞岩爆预测研究[J]. 王俊. 水利建设与管理. 2019(11)
[3]基于微震监测技术的岩爆特征研究[J]. 李立民,唐烈先,魏军政,赵力,王家明,李玉波. 人民黄河. 2020(02)
[4]一种悬臂梁式光纤光栅振动传感器研究[J]. 贾振安,张星,李康,樊庆赓. 压电与声光. 2019(01)
[5]基于三波长强度解调的光纤EFPI解调系统[J]. 邵洪峰,陈嬴,宋镜明,徐晓良. 仪表技术与传感器. 2016(03)
[6]一种基于外腔式法布里-珀罗干涉仪的光纤加速度计[J]. 王学锋,王明超,唐才杰,何哲玺. 中国惯性技术学报. 2015(06)
[7]基于微震监测技术的岩爆预测机制研究[J]. 马天辉,唐春安,唐烈先,张文东,王龙. 岩石力学与工程学报. 2016(03)
[8]双Fabry-Perot干涉腔型光纤声发射传感器[J]. 赵江海,章小建. 光学精密工程. 2015(11)
[9]基于微震监测的锦屏二级水电站深埋隧洞岩爆孕育过程分析[J]. 于群,唐春安,李连崇,李鸿,程关文. 岩土工程学报. 2014(12)
[10]低频高灵敏度光纤Bragg光栅振动传感器设计[J]. 张继军,吴祖堂,潘国锋,赵咏梅,陈志军,彭映成. 光子学报. 2014(S1)
博士论文
[1]基于频移干涉技术的光纤传感器大规模复用方法研究[D]. 欧艺文.武汉理工大学 2016
[2]基于F-P干涉仪的微型化光纤水声传感关键技术研究[D]. 王付印.国防科学技术大学 2015
[3]基于外差检测的干涉型光纤水听器阵列系统若干关键技术研究[D]. 张楠.国防科学技术大学 2013
[4]拖线阵用光纤矢量水听器关键技术研究[D]. 吴艳群.国防科学技术大学 2011
[5]拖曳线列阵用光纤水听器研究[D]. 罗洪.国防科学技术大学 2007
[6]光纤水听器多路复用技术及其串扰与噪声分析[D]. 李舰艇.国防科学技术大学 2005
[7]光纤加速度传感器若干关键技术研究[D]. 曾楠.清华大学 2005
硕士论文
[1]基于F-P干涉仪的光纤加速度传感器研究[D]. 赵志浩.大连理工大学 2018
[2]光纤法珀加速度传感器研究[D]. 魏泽东.电子科技大学 2018
[3]一种采用3×3光纤耦合器的相位解调和双波长相位解卷绕方法研究[D]. 张冰.北京邮电大学 2018
[4]光学薄膜应力的分布与控制研究[D]. 高春雪.东南大学 2015
[5]光纤水听器基元特性及PGC检测方法研究[D]. 邱立忠.哈尔滨工程大学 2011
[6]FBG振动传感器的研究[D]. 王善鲤.西北大学 2010
[7]光纤加速度传感器系统的研究和应用[D]. 霍佃恒.山东大学 2009
[8]微震监测在煤与瓦斯突出预测中的应用研究[D]. 王庆利.东北大学 2009
[9]光学薄膜应力的研究[D]. 陈为兰.浙江大学 2008
[10]大规模光纤水听器阵列光学外差及时分复用技术研究[D]. 张楠.国防科学技术大学 2007
本文编号：3344921
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
波兰SOS监测系统的传感探头南非曾是上世纪全球最大的黄金生产国，在矿金矿开挖深度较深的情况下岩爆事故
微震监测用光纤加速度传感器研究3加拿大工程地震集团公司（EngineeringSeismologyGroup，ESG）研发的震监测系统是一套集软、硬件一体的大型预警系统，在国内外采矿、石油天然气勘探开发、大型建筑等不同领域得到了广泛应用，尤其在煤矿、隧道动力灾害的监测预警应用，得到大力推广，如汕头石油、凡口铅锌矿、望风岗煤矿、锦屏水电站等，如图1.2所示为ESG不同系列微震探头实物。图1.2ESG监测系统的传感探头我国于1959年在北京门头沟矿安装了中国科学院地球物理所研制的581微震仪[5]；1976年唐山地震后，在部分矿井安装地震仪对矿震进行监测；随后几年，长沙矿山研究院开发了DYF-1、DYF-2型便携式地音分析仪与STL-1、STL-2型声发射监测系统[6]。1984年，岩爆活动较为严重的矿井开始引进波兰微震监测系统（SAK-SYLOK）；1999年，国家地震局引进俄罗斯地音监测系统在实验室模拟了矿山地震，研究其成因机理与岩石力学声发射现象；李世愚等人[5,7-11]在抚顺老虎台煤矿周围建立了矿山微震监测系统。上述微震监测设备用途单一、设备监测通道少、灵敏度与精度低、带宽窄，无法实现长期、连续、有效监测，显然，远远不能满足高性能微震监测的需求。2000年后，电子技术的发展和计算机能力的增强使微震监测技术得到全面发展和改善，逐渐应用到红透山铜矿、冬瓜山铜矿、香炉山钨矿等大型金属矿山及大坝、输水隧道的稳定性监测中。大连理工大学唐春安团队引进加拿大ESG微震监测系统后，对系统软、硬件进行优化和改进，分别将其应用于锦屏水电站[12-16]、大岗山水电站[17-20]、洋山隧道[21]、引汉济渭输水隧道[22,23]等大型工程，借助大规模科学计算，建立微震事件分析方法，对动力灾害进行预测预报[24]。2008年，该团队与淮南矿业集团合作，在新庄孜矿安装ES
微震监测用光纤加速度传感器研究3加拿大工程地震集团公司（EngineeringSeismologyGroup，ESG）研发的震监测系统是一套集软、硬件一体的大型预警系统，在国内外采矿、石油天然气勘探开发、大型建筑等不同领域得到了广泛应用，尤其在煤矿、隧道动力灾害的监测预警应用，得到大力推广，如汕头石油、凡口铅锌矿、望风岗煤矿、锦屏水电站等，如图1.2所示为ESG不同系列微震探头实物。图1.2ESG监测系统的传感探头我国于1959年在北京门头沟矿安装了中国科学院地球物理所研制的581微震仪[5]；1976年唐山地震后，在部分矿井安装地震仪对矿震进行监测；随后几年，长沙矿山研究院开发了DYF-1、DYF-2型便携式地音分析仪与STL-1、STL-2型声发射监测系统[6]。1984年，岩爆活动较为严重的矿井开始引进波兰微震监测系统（SAK-SYLOK）；1999年，国家地震局引进俄罗斯地音监测系统在实验室模拟了矿山地震，研究其成因机理与岩石力学声发射现象；李世愚等人[5,7-11]在抚顺老虎台煤矿周围建立了矿山微震监测系统。上述微震监测设备用途单一、设备监测通道少、灵敏度与精度低、带宽窄，无法实现长期、连续、有效监测，显然，远远不能满足高性能微震监测的需求。2000年后，电子技术的发展和计算机能力的增强使微震监测技术得到全面发展和改善，逐渐应用到红透山铜矿、冬瓜山铜矿、香炉山钨矿等大型金属矿山及大坝、输水隧道的稳定性监测中。大连理工大学唐春安团队引进加拿大ESG微震监测系统后，对系统软、硬件进行优化和改进，分别将其应用于锦屏水电站[12-16]、大岗山水电站[17-20]、洋山隧道[21]、引汉济渭输水隧道[22,23]等大型工程，借助大规模科学计算，建立微震事件分析方法，对动力灾害进行预测预报[24]。2008年，该团队与淮南矿业集团合作，在新庄孜矿安装ES
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PGC技术的水下极低频信号检测解调方式研究[J]. 何如龙,孙剑平,隗小斐. 通信技术. 2019(12)
[2]基于微震监测的引汉济渭秦岭隧洞岩爆预测研究[J]. 王俊. 水利建设与管理. 2019(11)
[3]基于微震监测技术的岩爆特征研究[J]. 李立民,唐烈先,魏军政,赵力,王家明,李玉波. 人民黄河. 2020(02)
[4]一种悬臂梁式光纤光栅振动传感器研究[J]. 贾振安,张星,李康,樊庆赓. 压电与声光. 2019(01)
[5]基于三波长强度解调的光纤EFPI解调系统[J]. 邵洪峰,陈嬴,宋镜明,徐晓良. 仪表技术与传感器. 2016(03)
[6]一种基于外腔式法布里-珀罗干涉仪的光纤加速度计[J]. 王学锋,王明超,唐才杰,何哲玺. 中国惯性技术学报. 2015(06)
[7]基于微震监测技术的岩爆预测机制研究[J]. 马天辉,唐春安,唐烈先,张文东,王龙. 岩石力学与工程学报. 2016(03)
[8]双Fabry-Perot干涉腔型光纤声发射传感器[J]. 赵江海,章小建. 光学精密工程. 2015(11)
[9]基于微震监测的锦屏二级水电站深埋隧洞岩爆孕育过程分析[J]. 于群,唐春安,李连崇,李鸿,程关文. 岩土工程学报. 2014(12)
[10]低频高灵敏度光纤Bragg光栅振动传感器设计[J]. 张继军,吴祖堂,潘国锋,赵咏梅,陈志军,彭映成. 光子学报. 2014(S1)
博士论文
[1]基于频移干涉技术的光纤传感器大规模复用方法研究[D]. 欧艺文.武汉理工大学 2016
[2]基于F-P干涉仪的微型化光纤水声传感关键技术研究[D]. 王付印.国防科学技术大学 2015
[3]基于外差检测的干涉型光纤水听器阵列系统若干关键技术研究[D]. 张楠.国防科学技术大学 2013
[4]拖线阵用光纤矢量水听器关键技术研究[D]. 吴艳群.国防科学技术大学 2011
[5]拖曳线列阵用光纤水听器研究[D]. 罗洪.国防科学技术大学 2007
[6]光纤水听器多路复用技术及其串扰与噪声分析[D]. 李舰艇.国防科学技术大学 2005
[7]光纤加速度传感器若干关键技术研究[D]. 曾楠.清华大学 2005
硕士论文
[1]基于F-P干涉仪的光纤加速度传感器研究[D]. 赵志浩.大连理工大学 2018
[2]光纤法珀加速度传感器研究[D]. 魏泽东.电子科技大学 2018
[3]一种采用3×3光纤耦合器的相位解调和双波长相位解卷绕方法研究[D]. 张冰.北京邮电大学 2018
[4]光学薄膜应力的分布与控制研究[D]. 高春雪.东南大学 2015
[5]光纤水听器基元特性及PGC检测方法研究[D]. 邱立忠.哈尔滨工程大学 2011
[6]FBG振动传感器的研究[D]. 王善鲤.西北大学 2010
[7]光纤加速度传感器系统的研究和应用[D]. 霍佃恒.山东大学 2009
[8]微震监测在煤与瓦斯突出预测中的应用研究[D]. 王庆利.东北大学 2009
[9]光学薄膜应力的研究[D]. 陈为兰.浙江大学 2008
[10]大规模光纤水听器阵列光学外差及时分复用技术研究[D]. 张楠.国防科学技术大学 2007
本文编号：3344921
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