光纤光栅传感器用于高精度应变测量研究

利用光纤光栅对温度和应力应变的敏感效应制成的传感器可以将温度、压力、应力、应变等物理量转换成光学量（波长）,由此所构成的测量系统具有极高的稳定性,不存在零点漂移,抗干扰能力强等一系列优点.不足的是光纤光栅传感器本身灵敏度不够高,在许多场合其测量分辨率不能满足要求,特别是作为地震前兆观测的主要测量手段——应力应变测量精度要求较高.本文提出一种技术思路,即通过增敏装置来提高系统测量分辨率,理论上可以将应力应变的测量分辨率提高到10-9至10-10量级,可以满足高精度应力应变测量的指标要求.     

热测应力的技术基础:高精度多通道低功耗温度测量系统

近年来的实验和野外观测证实可通过基岩温度测量来获得地壳应力状态变化,称为"热测应力"。高精度的温度观测系统是"热测应力"的关键技术。经过多年研制,前后经历了多期修改,目前已较完善。核心技术指标包括:1)温度测量系统的精度优于1.0m K;在99.5%的置信水平上,精度达到了0.5m K。相当于可以测量到几个或零点几个MPa量级的地壳应力变化。其中,采样周期远程可调,实际中采样周期通常设为5min,或15min。2)通道数:单台可达20个通道。目前常用8或12通道。3)实现低功耗:采用铅酸电池供电,120Ah12V铅酸电池,对于8个通道深度为20m的地温观测台,可连续供电≥2a。总之,高精度多通道低功耗温度测量系统的研发成功,尤其低功耗设计的实际效果显著,极大地降低了后期维护成本。这对于利用基岩温度观测地壳应力变化提供了1个良好的技术基础。     

利用高采样率数采实现地震波速变化高精度测量

介质物理性质与应力状态的改变是导致地震波速变化的主要因素,通过高精度波速变化测量可推测地下介质发生的变化.然而,高精度波速变化测量对测量仪器提出了较高要求,波速变化的测量精度常常受到仪器的采样率、信噪比以及时间触发精度的影响.为实现高精度测量,设计一套由大功率稀土超磁致可重复震源和高采样率通用数采组成的观测系统,通过叠...     

数字重力仪高精度恒温测温系统设计与测试研究

高精度数字重力仪广泛应用于矿产资源勘探领域,由石英弹性系统组成的重力传感器是高精度数字重力仪的核心部件,其对外界环境温度非常敏感,由环境温度变化引起的重力输出变化远远大于仪器本身精度指标,而且不同的数字重力仪具有不同的温度影响特性.若重力传感器的恒温环境得不到保障,或环境温度的微弱变化无法得到准确的测量和补偿,将严重影响重力仪器的测量精度和一致性.本文针对该问题,研究了高精度恒温测温系统的设计方法及关键技术,考虑到数字重力仪器精度高、体积小、功耗低和便携式的特点,对高精度恒温测温系统中的关键器件选型、热结构设计、电路设计、软件设计等进行深入研究,并给出具体的解决措施.并设计了静态试验、高低温试验和石英弹性系统温度系数测定试验三个部分验证高精度恒温测温系统的有效性.试验结果表明：高精度测温系统最小分辨率达到10 μ℃;静态常温时,高精度恒温系统温度变化约为70 μ℃;在-20℃~+45℃的环境温度冲击中高精度恒温系统温度变化小于1 m℃;恒温点微调装置可实现石英弹性系统温度系数的精确测定.该研究为高精度重力测量仪器研制中消除环境温度变化影响提供了一种有效解决方案.     

基于纯转动Raman激光雷达的中低空大气温度高精度探测

本文介绍了一套纯转动Raman测温激光雷达系统,通过高分辨光谱分光与滤光优化设计、收发精确匹配以及弱信号检测等技术,实现在武汉城市上空从10km至40km的中低空大气温度高精度探测.观测结果与同时段探空气球进行比对,在30km以下激光雷达探测温度与探空气球得到的温度数据吻合较好,最大偏差约为3.0K,表明了该激光雷达温度测量的可靠性.采用30min时间分辨率,在10~20km高度范围内温度统计误差约为0.3K(300m空间分辨);20~30km统计误差约为0.8K(600m空间分辨);30~40km统计误差约为3.0K(900m空间分辨).通过整晚的温度廓线反演,为研究中低层大气中的波动现象提供依据.该转动Raman激光雷达实现了至40km高度的高精度大气温度探测,进一步可与Rayleigh测温激光雷达30~80km的高度衔接,为实现中低层大气连续观测研究提供了重要手段.     

地电观测中的系统误差消除方法及其在地电仪中的应用

从地电观测的基本原理出发,分析了系统误差产生的原因.认为系统误差的大小决定于装置系数K值、取样电阻RI及测量ΔV和VRI的准确度.在地电仪中选用高精度、高稳定性的RI,采用"浮空”测量法及采用同一个动态范围大、线性度高的A/D转换器测量ΔV和VRI,可以减小地电阻率观测的系统误差.最后通过实验验证了"浮空”测量法的效果.     

三马坊地热动态观测对附近地震活动的反应

1988年10月,国家地震局地壳应力研究所在河北省阳原县三马坊温泉疗养院安装一台用于地热前兆观测的温度计。该测点(北纬40.2°,东经114.6°)地处北东向桑干河断裂带和北北西向化稍营断裂的交汇部位(图1)。观测井深200米,井孔封闭良好,井水自流。测温探头位于水面以下10多米处。所使用的观测仪器,是地壳应力所付子忠等研制生产的SZW-2型高精度数字式石英温度计。其测量温度的范围为0—99.9999℃,测温分辨率为0.0001℃。     

基于CCD的高精度水管倾斜仪研制

CCD技术近年来已发展的非常成熟,应用范围广泛.本文介绍了利用CCD技术实现的高精度水管倾斜仪测量系统,其采用非接触式测量方法降低了测量过程中浮子干扰对测量精度的影响,体积小,安装简单,可用于流动观测中.     

陆地水体气枪震源探测技术回顾与进展

地下介质应力场的状态及其变化监测研究,可促进对地震物理过程的认识和理解.高精度波速测量为微弱的应力变化监测提供了可靠的技术手段,但高重复性的震源是研究地下介质微弱变化的关键.近十几年来的探索和实验表明,陆地水体气枪震源是一种较为理想的重复性人工震源,具有高度可重复、绿色环保和测量精度高等特点.本文对陆地水体气枪震源探测技术的发展历程进行了回顾,介绍和总结了陆地水体气枪震源技术的系统构成、性能特点及相关应用,主要包括在地震前后物理过程、断裂带介质变化和工业开采区生产监测等方面的进展,探讨了目前在推广应用中面临的问题及重点发展方向,为利用陆地水体气枪震源技术开展地下介质动态监测研究提供了佐证.     

观测构造应力场及其变化的新型系统

一、简况电阻式地应力就是以电阻型敏感元件,如丝式应变片、箔式应变片、半导体应变片以及其它电阻型力敏元件,制作成传感装置(传感器,即探头),配之以相应的二次仪表(测试仪),来测量地下应力—应变信息。此项试验观测工作开始于一九七六年。当时,对各种换能器的特征、线性范围、测试精度.使用条件     

唐山井水温的同震变化及其物理解释

唐山市一口水井观测到多次同震水位振荡, 以及伴之的高精度测量到的深部层水温变化. 水温变化幅度与水位振荡幅度有关, 水位幅度变化数厘米到一米, 水温变化幅度为0.001℃~0.01℃,而且总是温度下降, 震后一到数小时内水温恢复正常. 我们进行了有限单元法模型计算, 认为井水垂直振荡时搅动井水引起的弥散效应, 是造成同震水温变化的主要原因, 后续的热传导作用可以解释水温的复原过程. 今后如果在不同深度同时进行高精度井水温度观测可以检验该模型.      

世界地热田重力监测研究进展

水热型地热资源是我国地热开发利用的重要组成部分,长期以来水热型地热资源的持续开发导致了不同程度的地质环境变化,逐渐引起人们的重视,进行地热开采过程中的多方法动态监测十分必要.长周期重复的高精度重力测量可以监测地热田的储层水量和参数变化,为热储建模提供约束,进而为地热田评估及可持续开发提供重要数据,目前正成为研究热点.测量方法一般可分为相对重力测量、绝对重力测量和混合重力测量.本文回顾了世界上多个国家开展地热田重力监测的历史、主要成果和最新进展,梳理了地热田开展重力监测的方法技术,包括监测网布设、设备选择、测点高精度定位新技术、各项改正方法、数据处理和反演方法等,提出了在国内重要地热田开展高精度重力监测的建议.随着仪器设备和方法技术的进步,混合重力测量将成为地热田重力监测的发展重点.数据处理及三维反演是目前地热田重力监测的关键技术问题.     

用于静冰压力检测的新型膜盒式光纤传感器的研制（英文）

静冰压力是影响水工结构物安全运行的主要因素之一。现有静冰压力检测方法主要存在两个局限,一是实时性差,二是传统电阻应变式压力膜盒传感器因边壁效应影响测量结果的正确性。针对以上两个不足之处,作者基于反射式强度调制原理,研发了一种带杆伞状圆盘结构的压力膜盒静冰压力光纤传感器,实现了利用光纤传感技术检测静冰压力。我们用研制的新型光纤传感器在实验室完成了-30℃~5℃温度范围内冰生长过程中及5℃~-30℃温度范围内冰消融过程中静冰压力的测量试验。实验结果表明,与传统电阻应变式压力膜盒传感器相比,该传感器工作稳定、分辨率达0.02kPa、灵敏度达2.74×10-4/kPa,并可实现自动连续测量。     

基于钢筋锚杆接地电阻评价锚固质量研究

本文采用接地电阻作为评价钢筋锚杆锚固质量的标准.当锚杆、砂浆、围岩三者接触不密实、不均匀时必然会引起锚杆接地电阻的变化.因此将锚杆接地电阻的理论计算值作为评价锚固状态的参照,利用实际测量值与之作比较,从而对锚杆质量进行分级评价.在利用此方法评价锚杆质量时,准确测量锚杆的接地电阻则尤为重要,采用6极法可以消弱由于大地的各相异性对于接地电阻测量带来的误差,提高测量精度.     

基于钻孔截面变形方法(CBDM)测量岩石应力变化

本文发展了一种基于钻孔技术来监测岩石应力变化的钻孔截面变形法(CB-DM),该方法可以用来测量垂直于钻孔轴线的岩体的二维应力状态变化.本文通过载有激光位移传感器的样机,对该方法进行详细介绍,理论上分析测量结果的影响因子,证明该方法能够有效估测岩体的应力变化.     

一种高精度数字地温测量系统

介绍了采用高Ｑ值石英测温晶体组成的高精度数字温度传感器。该传感器在高分辨率和宽温度范围内频率随温度的变化呈线性关系，其主要特点是抗干扰能力强及数字量输出。阐述了由单片机组成的测量系统，它对传感输出的的地温频率信号进行信息处理，数值转换并显示，打印及远距离传输。该系统除用于地温前兆观测外，还用于高精度机械加工的环境温度测量。     

PS100型IP到端可控源高精度大地电测仪系统——CDMA技术首次在地电阻率测量中的应用

CDMA技术首次应用到地电阻率测量,在强电磁干扰环境下实现微弱电信号的检测和高精度测量.设计并实现了直接用标准电阻标定地电仪的方法并可对仪器的抗干扰能力进行测定.仪器已在地震前兆监测、石油开发中得到实际使用,实现在野外恶劣的测量环境下（信噪比20 dB）取得0.1%的测量精度.     

高精度磁法剖面测量在找矿工作中的应用

正1.前言为在找矿方面上得到突破,我单位不断尝试新的找矿方法,高精度磁测作为简单易行的方法也得到了实际应用。我单位过去较少用磁法进行找矿工作,高精度磁法测量更是从未进行过,在工作开展过程中只能是从学规范开始,查找资料,向同行和大学老师请教,克服各种困难,在实践中逐渐了解高精度磁测方法、技术和技术要求。2.仪器设备仪器设备采用ENVIPRO质子磁力仪,性能为工作范围:23000-100000nT;灵敏度采样率2秒时0.1nT;绝对精度±1nT。     

岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端

在岩石加载直到破裂的过程中,对岩石的红外辐射进行了遥感观测研究.使用的主要仪器有瞬态光谱仪、智能光谱仪、红外辐射温度计、红外光谱辐射计和红外热象仪.对26种岩石进行了实验.研究表明,岩石的红外辐射温度随应力的增加而增加;岩石的红外辐射波谱的幅值也随应力的增加而增加.岩石的红外热象的观测结果与岩石的红外辐射温度相一致.某些岩石样品破裂主断层形成前,在未来主断层的位置显示出条带状温度异常热象.本实验将遥感学中的最新技术引入岩石力学,以期在岩石力学中建立一个新的研究领域遥感岩石力学(或遥感岩石物理学).遥感岩石力学可望在地震预报,岩爆预报和岩体应力场的测量中得到应用.      

反应谱理论及其在电阻架抗震分析中的应用

以高压绝缘电阻架为研究对象,基于振型分解反应谱理论,建立了三维梁壳单元有限元分析模型。结合电阻架的动力特性和地震响应谱,并计入结构阻尼对地震反应的影响,进行了电阻架的模态分析和反应谱分析,得到了电阻架在双向水平与扭转地震偶联作用下的位移、速度、加速度响应以及应力。分析结果表明,电阻架位移和速度的最大响应点在最顶层电阻器上,加速度最大的位置在铜管。地震响应的应力评定满足结构强度要求,该方法为电阻架的抗震设计提供了参考及依据。