高精度光纤旋转地震仪研制与应用

地表运动的旋转量观测在地震学、地球物理学及工程勘察等研究中具有重要意义, 基于Sagnac效应的光纤陀螺由于其全固态、高灵敏度和宽频响特性等优势, 受到旋转地震仪研究和开发的广泛关注.为了提高光纤旋转地震仪的灵敏度一般采用长光纤环, 然而随着光纤长度的增加, 光纤环内的热相位噪声、光源的相对强度噪声等限制了其灵敏度性能提高.本文针对影响光纤旋转地震仪灵敏度的噪声展开了深入分析, 利用保偏光纤的快慢轴提出了双偏振工作方案, 对其光学结构和解调算法进行了理论分析, 结果表明该方案可有效抑制热相位噪声与光源相对强度噪声.在此基础上, 研制了三分量双偏振光纤旋转地震仪DP-Rot3C, 并对其进行了静态测试和动态测试.
结果显示, 该仪器的灵敏度达到了20 nrad·s-1·, 与法国Bluseis-3A相当, 且在0.01~125 Hz频率范围内响应平坦, 在-300~+300°/s的量程范围内非线性度小于6 ppm (1 ppm=0.0001%), 具有高精度、宽频带、大量程、高线性度的特性.DP-Rot3C还运用于人工主动源观测、高铁地震观测、天然地震观测等领域, 为工程勘探、地震研究等应用提供了高精度观测地表运动旋转量的工具.