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面向深地探测的光纤重力梯度仪测量原理与研制进展

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地球物理学报 2024年第2期67卷 809-819页

作者：王文伯陈彦钧朱兰鑫黄慧敏操玉文曹新宇周子奇周桐何妍时方朔李正斌北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871 北京大学软件与微电子学院北京102600 北京大学信息科学技术学院北京100871

发展深地探测技术对于推进地球物理发展有重要意义.基于重力梯度的深地传感技术具备自身独有的优势,可以有效弥补现有主要方法的局限.本文提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的重力梯度测量原理,将重力梯度转化为角加速度并利用光纤角加速... 详细信息

发展深地探测技术对于推进地球物理发展有重要意义.基于重力梯度的深地传感技术具备自身独有的优势,可以有效弥补现有主要方法的局限.本文提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的重力梯度测量原理,将重力梯度转化为角加速度并利用光纤角加速度计进行精密传感.本文设计了重力梯度原型样机,并利用ANSYS有限元仿真论证了其可行性与稳定性,在此基础上对光纤重力梯度原型样机进行了长达14天的连续静态测试,得到角加速度测量本底噪声低于3×10^(-10)rad·s^(-2)·Hz^(-1/2),对应重力梯度测量噪声达0.68 E·Hz^(-1/2).基于光纤Sagnac干涉仪的重力梯度测量没有对传感单元一致性的要求,无需复杂的环境控制与辅助设备,测试结果展现了其高灵敏度特性以及应用于深地探测的巨大潜力.

关键词：深地探测重力梯度光纤角加速度计

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光纤旋转地震仪研制现状与发展趋势

光纤旋转地震仪研制现状与发展趋势

作者：李正斌朱兰鑫操玉文周桐北京大学信息科学技术学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

旋转地震仪是一种测量地震波旋转分量的仪器,可为平移与转动分量联合反演、无需走时参数的层析成像、地震工程学研究提供新的思路。光纤旋转地震仪由于全固态、响应平坦、高精度等观测优势逐渐成为直接监测地震旋转分量的最佳仪器,并逐... 详细信息

旋转地震仪是一种测量地震波旋转分量的仪器,可为平移与转动分量联合反演、无需走时参数的层析成像、地震工程学研究提供新的思路。光纤旋转地震仪由于全固态、响应平坦、高精度等观测优势逐渐成为直接监测地震旋转分量的最佳仪器,并逐步运用于地震学、地震工程学、大地测量学等领域。目前光纤旋转地震仪的主要研究方向是实现低成本、高精度、便携化,优化其环境适应性。基于双偏振光纤陀螺结构的光纤旋转地震仪,利用偏振耦合互补效应,搭载高频正弦调制后可以有效抑制偏振非互易误差、热相位噪声,实现环境温度和磁场不敏感,并且两个正交偏振输出天然互为参考信号,可显著降低相对强度噪声干扰,有望为旋转地震学提供高灵敏监测手段。

关键词：旋转地震仪地震工程学地震学现状与发展趋势

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基于光纤陀螺的重力梯度仪初步测试

基于光纤陀螺的重力梯度仪初步测试

中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议—全域地球物理探测与智能感知学术研讨会

作者：陈彦钧曾卫益周桐朱兰鑫操玉文李正斌北京大学信息科学技术学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

重力梯度仪的研究有益于提升密度分布探测的精细度。本文提出了一种基于探测质量旋转运动的重力梯度新型测量方案,利用自噪声水平为1.7×10rad/s/(Hz)的光纤陀螺干涉测量旋转运动角加速度。根据该方案设计了一种重力梯度测量装置,通过... 详细信息

重力梯度仪的研究有益于提升密度分布探测的精细度。本文提出了一种基于探测质量旋转运动的重力梯度新型测量方案,利用自噪声水平为1.7×10rad/s/(Hz)的光纤陀螺干涉测量旋转运动角加速度。根据该方案设计了一种重力梯度测量装置,通过两中心对称分布的探测质量敏感重力梯度。静态测试结果表明,该装置推算测量分辨率可达3.24 E@100s,初步验证了该装置对重力梯度的探测能力。

关键词：重力梯度仪光纤陀螺转动测量

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光纤旋转地震仪的研究现状与潜在应用

光纤旋转地震仪的研究现状与潜在应用

2023年中国地球科学联合学术年会

作者：曹新宇周子奇朱兰鑫陈彦钧李正斌北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

早在数个世纪以前,人们就观察到了地震波引发的旋转效应。最早记载于1783年意大利Calabrian地震后,Serra San Bruno宪章馆的两座装饰性方尖碑发生旋转,其中一根方尖碑从右向左扭转,另一根则从左向右扭转。随后,人们也观察到地震时寺庙... 详细信息

早在数个世纪以前,人们就观察到了地震波引发的旋转效应。最早记载于1783年意大利Calabrian地震后,Serra San Bruno宪章馆的两座装饰性方尖碑发生旋转,其中一根方尖碑从右向左扭转,另一根则从左向右扭转。随后,人们也观察到地震时寺庙、墙壁等建筑物出现旋转现象,然而这些观察局限于记录现象,并未深入分析。

关键词：旋转地震仪地震学地震波潜在应用

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基于光纤陀螺的三分量旋转地震仪研制与测试

基于光纤陀螺的三分量旋转地震仪研制与测试

中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议—全域地球物理探测与智能感知学术研讨会

作者：朱兰鑫操玉文陈彦钧阳春霞周桐张丁凡李正斌北京大学信息科学技术学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

随着地震学的发展,旋转地震波被证实存在且包含潜在的地震信息,基于Sagnac效应的传感仪器使得直接测量旋转运动成为可能。本文展示了一种基于干涉光纤陀螺仪(IFOG)的便携式三分量宽带旋转地震仪,其自噪声在0.005～125Hz频段内约为1.2×1... 详细信息

随着地震学的发展,旋转地震波被证实存在且包含潜在的地震信息,基于Sagnac效应的传感仪器使得直接测量旋转运动成为可能。本文展示了一种基于干涉光纤陀螺仪(IFOG)的便携式三分量宽带旋转地震仪,其自噪声在0.005～125Hz频段内约为1.2×10rad s/(Hz),标度系数非线性度在-250°/s～+250°/s范围内低于10ppm(百万分之一)。通过人工源地震实验,对比平移加速度记录的数据表明,三分量旋转地震仪可以获得良好的一致性。本文所研制的三分量旋转地震仪的性能及实验结果证明,光纤陀螺仪正成为探测地震旋转运动的首选仪器。

关键词：旋转地震仪三分量光纤陀螺人工源地震旋转地震学

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用于六分量地震仪的高灵敏度干涉型光纤陀螺

用于六分量地震仪的高灵敏度干涉型光纤陀螺

2020年中国地球科学联合学术年会

作者：操玉文张丁凡朱兰鑫李丽张文涛李正斌北京大学

本文分析了双偏振光纤陀螺对温度和磁场变化不敏感的原理,并且利用噪声抑制技术将20km双偏振光纤陀螺的灵敏度提高至3.3 nrad/s/√Hz,基于此精度开展了一系列新型实验,包括地震探测、环境噪声监控和六分量地震仪等,实验结果表明了超高精... 详细信息

本文分析了双偏振光纤陀螺对温度和磁场变化不敏感的原理,并且利用噪声抑制技术将20km双偏振光纤陀螺的灵敏度提高至3.3 nrad/s/√Hz,基于此精度开展了一系列新型实验,包括地震探测、环境噪声监控和六分量地震仪等,实验结果表明了超高精度IFOG具有重要的学术价值和应用前景。

关键词：干涉型光纤陀螺学术价值双偏振光纤环磁场变化正交偏振光地震仪非互易应用前景

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高精度光纤旋转地震仪研制与应用

地球物理学报 2024年第12期67卷 4594-4610页

作者：朱兰鑫陈彦钧王文伯曹瑜珈黄慧敏张丁凡李正斌北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871 中南大学地球科学与信息物理学院有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 中国地震局地球物理研究所北京100081 杭州友孚科技有限公司杭州311215

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... 详细信息

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)·√Hz^(-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.

关键词：光纤旋转地震仪双偏振结构旋转地震学相对强度噪声热相位噪声

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掺氢比对微波瓣燃烧器燃烧特性的影响

推进技术 2019年第8期40卷 1850-1860页

作者：谢翌兰鑫重庆大学汽车工程学院

为解决微尺度非预混燃烧中燃料同氧化剂混合慢、燃烧不稳定的问题,基于实验的方法研究了燃料掺氢以及微波瓣燃烧器对燃烧的影响,并将微波瓣燃烧器的燃烧温度同微圆管燃烧器进行了对比。在此基础上建立了微波瓣燃烧器以及微圆管燃烧器的... 详细信息

为解决微尺度非预混燃烧中燃料同氧化剂混合慢、燃烧不稳定的问题,基于实验的方法研究了燃料掺氢以及微波瓣燃烧器对燃烧的影响,并将微波瓣燃烧器的燃烧温度同微圆管燃烧器进行了对比。在此基础上建立了微波瓣燃烧器以及微圆管燃烧器的三维仿真模型,研究了掺氢比对微波瓣燃烧器和微圆管燃烧器流场、火焰长度、燃料消耗率、燃烧产物以及燃烧温度的影响。研究结果表明:随着掺氢比的增加,微波瓣燃烧器中流向涡涡量以及射流核心速度不断提高,火焰长度、燃烧温度不断增加,OH,H2O质量分数的峰值逐渐增加,CO2质量分数的峰值不断下降,CO质量分数峰值变化极小。在同一掺氢比下,相比于微圆管燃烧器,微波瓣燃烧器能够使燃料同氧化剂提前反应且具备更长的火焰、更大的OH质量分数峰值以及更高的燃烧效率和燃烧温度。在掺氢比为50%时,微波瓣燃烧器的最高燃烧温度较微圆管燃烧器提高了110K。这表明微波瓣燃烧器和燃料掺氢的结合能促进微尺度燃烧,提高燃烧的稳定性。

关键词：微波瓣燃烧器掺氢比流向涡燃烧特性温度分布

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一个新的氧吸收法被动测距公式

光学学报 2015年第12期35卷 1-6页

作者：付小宁单兰鑫王蕊西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071

基于氧气A吸收带的被动测距技术已成为单站被动测距领域最具活力的研究课题之一,但是由于氧气吸收饱和区的存在,限制了被动测距的最大可达范围。采用具有1 cm–1分辨率的Modtran软件进行了分光谱透射率计算,通过数据建模获得了基于目标... 详细信息

基于氧气A吸收带的被动测距技术已成为单站被动测距领域最具活力的研究课题之一,但是由于氧气吸收饱和区的存在,限制了被动测距的最大可达范围。采用具有1 cm–1分辨率的Modtran软件进行了分光谱透射率计算,通过数据建模获得了基于目标天顶角和平均氧气吸收率的被动测距公式。该公式避免了氧气吸收率曲线的饱和区,使得氧吸收法的有效距离估计范围可延伸到50 km。此外,该公式还有对吸收率测量误差不敏感的特性,例如,在零海拔处传感器最小可检测的吸收率Aˉ=10-2的偏差,所能产生的距离偏差不超过50 m。该结论有望突破绝大多数氧吸收法被动测距实验局限于较近距离的现状,促进其实际应用。

关键词：大气光学被动测距氧气吸收吸收率饱和建模

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