張文濤黃穩(wěn)柱李 麗

1）中國北京100083 中國科學院半導體研究所

2）中國北京100081 中國地震局地球物理研究所

光纖應變儀是利用特種光纖光柵器件或者光纖干涉技術進行高精度應變傳感的儀器。常見特種光纖光柵有相移光柵和光纖光柵諧振腔，線寬均較窄，可達到0.01 pm量級甚至更窄，結合高精度解調方法，可顯著提高系統(tǒng)的應變測量精度。

傳統(tǒng)的光纖光柵準靜態(tài)解調，主要技術方案有光譜分析法、窄帶濾波器法、匹配光柵法等，可滿足大多數(shù)工程應用需求。但高精度地應變傳感需求更高，國際上諸多研究團隊提出不同的解調方案，用以提高光纖光柵傳感系統(tǒng)的應變分辨率。本研究采用窄線寬光纖激光掃描的解調方案，結合小波閾值降噪方法進行信號處理。在該方案中，采用一個傳感光纖光柵諧振腔來感測地應變信號，一個參考光纖光柵諧振腔來補償溫度影響，對2 路信號均采用小波降噪算法，經測試，信噪比可提升12 dB 以上。

研制的第一代光纖應變儀為短基線光纖應變儀，應變儀長度為1 m，光纖諧振腔可根據(jù)需要定制，通過螺栓安裝在基巖之上，外面加保護套。光纖應變儀數(shù)據(jù)采集器（解調儀）含光源、光電探測器、信號處理器、傳輸與顯示等模塊，集成于19 吋機箱中，通過網(wǎng)線或無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，并接入GPS 信號。

在云南昭通巧家地震臺安裝短基線光纖應變儀進行應變觀測。經4 年測試，應變儀性能穩(wěn)定，與在同一臺站安裝的電學應變儀的記錄對比發(fā)現(xiàn)，光纖應變儀可記錄到清晰的固體潮和地震波信號。根據(jù)地震行業(yè)標準DB/T 31.2—2008 進行測試，該應變儀分辨率優(yōu)于10-10，同時具有較高的采樣率和穩(wěn)定性。結合光纖傳感器環(huán)境適應性好的特點，如對電磁干擾不敏感、防雷擊、本質安全等，光纖應變儀作為一種發(fā)展中的新興的新型儀器，在觀測方法上，有望與現(xiàn)有儀器形成互補，具有較好的應用前景。