基于拉曼散射的深孔测温技术研究

孔中测温作为一种原位测试方法,是地热资源勘察、开发中重要的研究内容.分布式光纤传感测温技术,能够弥补传统点式测温耗时与漏测的不足,同时传感光纤具有耐高温、高压和抗(钻井液)腐蚀性等特点,可实现钻孔恶劣环境下的分布式温度测量.本文利用拉曼散射和光时域反射技术,设计了深井分布式光纤温度测试系统.该系统采用波分复用技术,将后向拉曼散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光分离,利用反斯托克斯光的温度敏感特性感知环境温度,结合同源斯托克斯光,解调温度信息;根据光纤中光的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间,可以对温度点进行定位,实现对光纤温度场的分布式测量.通过多点数字累加平均技术的微弱信号处理方法,并引入光纤突变损耗修正系数、光电采集影响系数等,借助光纤环基准参考,实现测温数据的解算.同时本文设计的深孔耐高温铠装测试光缆,可实现-65~350℃范围内的温度测试;结合GH_DR2号地热孔野外测试实验,完成测深800m,孔内最高温度54.8℃,证明此种测温方法的有效性和潜在的推广价值.     

分布式光纤传感技术在地震监测中的应用探讨

分布式光纤传感利用光导纤维具有的传感、传输双重特性,实现对被测量对象沿光纤分布的多点甚至连续测量,以达到取代多台独立点传感器的目的。它既具有光纤的抗电磁场干扰、大信号传输带宽等优点,又突破了点式光纤传感的限制,可以同时获得被测量对象测量参数的空间分布及其随时间变化的信息,并使之能够进行远距离遥测监控,在许多工程领域有重大的应用价值。     

一种BOTDR光纤温度传感器试验研究

BOTDR适于大尺度分布式健康监测,但对于结构点位的监测效果却不是很理想。本文研发一种基于布里渊光时域散射原理的光纤温度传感器,本传感器由裸光纤封装而成适用于结构点位监测。实验分析了BOTDR各项性能指标相同的条件下封装长度不同时对温度的灵敏度以及可重复性的影响。确定了当BOTDR所设参数一定时光纤温度测量段长度选择。验证了BOTDR温度传感器器检测结构局部点位温度的可行性,实验表明光纤温度传感器线性度和实验的重复性都很好。     

光纤振动传感之二:基于散射或透射光的本征传感及其地震学应用

本征光纤振动传感通过在光纤一端重复发射探测激光,在光纤同端或另外一端接收散射光或透射光并解调它们的变化,测量光纤上的动态应变(即振动).本征传感以光纤为传感器,具有结构简单,布设灵活,运维方便的优点,能应用于流体、高温、高压或强电磁干扰等恶劣环境,可以大幅度延伸可监测的区域,并实现相对廉价的长期连续监测.此外,光纤传感...     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计（BOTDR）是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

分布式光纤传感器原理及在地震监测中的应用研究现状

一般情况下,地震发生前都会出现各种异常信号,重点监测这些地震前兆信号对研究地震有重要意义.基于分布式光纤传感的地震监测应用系统,由于其自身的独特优势,在地震勘探领域正得到越来越广泛的重视,是目前理论界和实际应用的研究热点.DAS系统的基本原理是基于光纤的弹光效应,通过探测由弹光效应产生的光信号的相位、波长等参量,可以实...     

分布式光纤地震传感技术在成像研究中的应用进展

分布式光纤地震传感技术是新一代密集台阵观测技术,其利用光纤在地震波场作用下产生的光时程变化,探测地下介质的动态应变信号.其具有空间采样率高、恶劣条件耐受性强、运维成本低等优势,适用于城市、海洋、深井、冰川等传统地震学观测手段较难开展工作的环境.本文围绕该技术在地球内部结构成像研究中的应用,调研了从浅表数米到莫霍面深度等不同尺度成像的研究进展,其利用信号为从地脉动到高频交通噪声等多频段被动源和不同级别的主动源.文章同时分析了该技术面临的一些挑战,包括信号质量和信号保真度、海量数据处理和波场信息挖掘、海量数据存储和共享分析等,由此建议,须开展主被动源高分辨率动态成像、仪器传递函数计算及其校正方法、大数据有效信息挖掘等研究,从而更好地服务于高密度、高精度的光纤传感地震成像研究.     

基于分布式应变监测的大跨度斜拉桥结构损伤探测

结构损伤具有典型的局部性质,通常表现为局部应变的异常。结构应变的分布式监测与损伤敏感特征分析,是实现大跨桥梁损伤探测与定位的理想途径之一。但是,由于环境噪声的影响,对分布式应变信号的监测往往不能准确反映结构出现的损伤状况。因此,提出了通过小波变换对分布式光纤测试的斜拉桥桥面应变分布进行多尺度分析的方法。这种方法可以克服分布式光纤应变监测信号受观测噪声和空间分辨率平均效应的不利影响,准确地确定空间域信号奇异点在桥面的位置。同时,在实验室建立了比尺为1∶150的模型斜拉桥。通过对斜拉桥数值模型与物理模型试验结果的分析和比较,验证了所提出方法的有效性。     

油气井永久性光纤传感器的应用及其进展

论述了光纤传感器在油气藏永久监测中的应用及其进展,对分布式光纤温度传感器、基于干涉仪原理的光纤压力传感器以及多功能的光纤Bragg光栅传感器系统作了详细讨论．通过两个实例,来说明分布式温度光纤传感器系统(DTS)可以在井下解决的若干问题．最后,对光线传感器在油气生产及动态监测应用中存在的问题及发展趋势进行了讨论。     

光纤Bragg光栅在油气工业中的若干应用及进展

简要介绍光纤Bragg光栅的基本原理、传感检测系统的构成,以及利用光纤Bragg光栅进行温度、应变同时测量区分技术.光纤光栅作为新一代传感元器件,越来越受到广大油气工业用户的青睐.本文主要讨论光纤Bragg光栅在油气工业中的若干应用,并对存在问题和应用前景进行了展望.     

对高灵敏光纤光栅温度传感器的稳定性的初探

光纤光栅作为新型传感元件,因为其具有抗电磁干扰和分布式测量等电学传感器无法比拟的优点,正在被广泛的研究.为了实现替代现有的高精度电学温度传感器的目的,可以尝试利用光纤光栅对温度和应变共同敏感的特性,制作高灵敏度光纤光栅温度传感器.尽管已经出现了对高灵敏光纤光栅温度传感器的报到,但是,很少有针对高灵敏光纤光栅温度传感器稳定性的研究.在实验室环境下,我们对高灵敏光纤光栅温度传感器的稳定性进行了测试.我们制作了一款高灵敏光纤光栅温度传感器,将其与普通光纤光栅温度传感器和电学石英温度传感器共同置于盛满水的不锈钢容器中,观测室温变化.通过对它们两周的观测结果进行对比,我们发现:尽管与普通光纤光栅温度传感器的结果相比,高灵敏光纤光栅温度传感器的观测结果与石英温度传感器的结果更一致;但是,高灵敏光纤光栅温度传感器出现了微小漂移.因为该漂移出现在进一步拉伸光纤光栅的过程中,所以它很可能是由于光纤光栅的固定点出现了微小滑动造成的.这为光纤光栅在高精度温度测量领域的应用作了有益尝试.     

大尺度BOTDR光纤应变灵敏特性研究

首先介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)应变测试仪的基本测试原理;并基于BOTDR光纤变形检出特性进行了试验研究,其中包括裸光纤在长度相同而空间分辨率和采样间隔不同时悬挂重物试验和等强度梁实验。通过试验,分析了当光纤长度相同而BOTDR所设参数不同(主要指空间分辨率和采样间隔)时对检测结构的影响,确定了裸光纤在应变监测中长度区间的选择。     

光纤测量技术在岩土工程量测中的应用

光纤作为传感与传输双重功能的特殊介质,所具有显著优势使其在岩土工程量测中有着十分广阔的应用前景。在介绍光纤传感器与系统和光纤微弯测量原理的基础上,以边坡变形量测为例,结合岩土工程中对应力应变、压力位移等多种参量的量测要求,探讨了光纤位移传感器制作及布设方法,深入分析了其在边坡变形量测中需要解决的关键技术问题和解决办法,给出了构建超长距全分布式光纤量测系统的基本模式和主要架构。     

分布式光纤振动传感系统中数据采集及信号处理系统设计

本文主要介绍了一套分布式光纤振动传感系统中的数据采集及信号处理系统,该系统设计采用高性能的运算放大电路完成光电信号调理,以高精度差动模数转换器AD9246完成模数转换工作,并选用高性能FPGA作为核心逻辑控制器,并以低功耗的OMAP-L137作为CPU负责振动数据计算、网络通讯等工作,从而使该-OTDR分布式光纤振动传感系统测量范围扩展到25 km范围。本文通过计算相邻测点振动增量方法检测是否发生了振动入侵,提高了分布式光纤振动入侵检测的灵敏度。该设计方法提高分布式光纤振动传感系统的信噪比,使得该系统振动检测灵敏度提高、抗干扰能力增强,因此该分布式光纤振动传感系统可以用于实际工程的振动监控。     

DAS技术在油气地球物理中的应用综述

光纤分布式声波传感技术(DAS)基于相位敏感光时域反射,是一种利用光纤后向瑞利散射干涉效应实现声波信号连续分布式探测的新型传感技术.在油气勘探开发领域,近年来在井中VSP、地表地震采集、时延或永久油藏监测、水力压裂监测等方面开展了试验和应用,取得了初步的成功.相比常规地面检波器及井中检波器,DAS技术具有低成本、高效率、密集采样、资料品质不低于传统地震检波器等优势.但DAS技术的局限性在于数据信噪比受光纤布设方式影响、单分量采集、保真距离有限.在综合分析的基础上,展望DAS技术未来发展方向:(1)螺旋缠绕技术等多分量DAS技术的发展及实用化和工业化,以及新型光纤电缆的发展,将大幅度地提高光纤的灵敏度和动态范围,DAS将逐渐克服其局限性.(2)DAS解调技术的发展和光纤采集方式的优化,包括新型采集观测系统、光纤与地层耦合技术等,以及针对性处理、成像技术发展将进一步提高DAS数据的信噪比和成像质量.(3)由于DAS具有成本低、采样率高等优点以及未来DAS技术在提高信噪比方面的进展,DAS技术在油气地球物理技术领域的应用前景将更广阔.     

分布式电磁法仪器系统设计及实现

本文介绍一种采用大功率稳流发射、低噪声测量、宽频带接收以及分布式同步等技术,自主研制的分布式多功能电磁法仪器系统.系统包括大功率电磁法发射机、分布式电磁法接收机、磁场传感器、整流源等设备.采用ARM芯片和FPGA芯片进行发射机的整机控制和信号整形发射,采用PC104工控机和FPGA芯片进行接收机的整机控制和信号处理.在人工场源模式下实现了可控源音频大地电磁法（CSAMT）、谱激电法（SIP）和时域激电法（TDIP）等测量功能;在天然场源模式下实现了大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）的测量功能.发射机在满功率发射的情况下连续可靠运行时间大于12 h,接收机的动态范围大于120 dB,接收机可接收信号频率范围是0.001 Hz~32 kHz.通过典型矿区的野外实验和应用,表明本系统的性能总体上达到了国际先进水平.     

单颗粒气溶胶质谱测定颗粒的有效密度

单颗粒质谱技术已被广泛应用于气溶胶粒径和质谱特征的测量,而对其他微物理性质的应用研究仍十分欠缺.基于单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS),本研究建立了两种测量气溶胶颗粒有效密度的方法:一是利用SPAMS测径系统记录的颗粒散射光信号与Mie理论模型计算得到的光散射截面呈正相关关系,通过最小二乘法拟合得到气溶胶颗粒的有效密度;二是通过差分电迁移粒径分析仪(DMA)-SPAMS仪器联用,同时测量气溶胶颗粒的电迁移和真空空气动力学粒径,从而计算不同粒径气溶胶颗粒的有效密度.通过标准小球,硫酸铵和硝酸钠的测试,证明本研究建立的两种方法均可应用于气溶胶有效密度的测量.该方法有效地拓展了SPAMS的分析功能,使之成为能够同时对颗粒物的粒径、化学成分、光散射和密度的综合测量技术,为深入认识气溶胶的环境和气候效应提供了强有力的分析手段.     

基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望

及时、准确地掌握堤坝的性态,是保证堤坝安全运行的基础.因此,需要一种实时监测系统对堤坝进行监测.分析了堤坝健康监测的主要内容,介绍了分布式光纤传感技术的工作原理及使用现状;探讨了分布式光纤传感技术在我国堤坝渗流和形变中的应用;指出了分布式光纤传感技术在土堤坝使用中存在的问题,并给出了新的堤坝长期安全监测系统设计建议,结论有益于指导构建新的基于分布式光纤技术的堤坝安全监测系统.     

分布式光纤声波传感系统在西部已开发气田井下断层活动性监测中的试验研究与应用

克拉2气田是塔里木盆地储量最大的整装超高压干气气藏,也是西气东输的主力气田,经过近20年的开发已进入开发中后期,23口生产井中11口井不同程度见水.为查明该气田的水侵运移通道,在一口观察井中下入高灵敏度的分布式光纤声波传感系统,长期监测井下微地震信号.本文介绍了分布式光纤传感系统的仪器选择、监测方案设计和定位算法研究等,通过对井下微地震信号的采集、降噪、滤波、识别和定位等,研究微地震事件集中发生的区域和频率,分析气田断层的活动性与水侵的关系.井下监测和数据分析结果表明,分布式光纤声波传感系统长期监测可以为断层活动性评价提供更丰富的数据,克拉2气田西南方向断层破碎带附近有大量微地震事件,断层的稳定性较差,是导致克拉2气田气井出水的主要原因之一.     

粤赣高速公路K3边坡光纤监测与数值模拟对比分析

本文采用基于FLAC^3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理（BOTDR）的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC^3D有限差分软件模拟锚杆。框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。