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激光多普勒参考光检波技术的研究

作　者: 刘金凤
导　师: 贺顺忠
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光多普勒效应振动测量特伦逆向反射声光调制
分类号: P631.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 210次
引　用: 3次
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内容摘要

为了勘探石油、天然气等矿藏及地热、水文地质、工程地质等地下资源和信息,人们开发研究各种勘探方法,其中地震勘探方法是发展历史最长,技术最成熟,应用最广,最有效的一种勘探方法。传统的地震检波器由于检测精度不够大、灵敏度不够高、易受电磁干扰等缺点,已经不能满足日益发展的地震勘探的要求。而激光多普勒测量方法由于具有精度高、频带宽、动态响应快、线性度好、测量范围大、非接触测量等优点,应用和发展很快。本文研究了激光多普勒测振技术,提出用激光多普勒参考光检波系统来测量地震波所引起的振动,并对其进行了原理性实验。主要完成了以下工作: 1.根据多普勒效应测振技术的理论分析,设计了激光多普勒参考光检波光路,实现了激光频移和光路的外差。2.在谐振腔中插入光阑得到了基横模激光输出,并采用倒置的望远镜对激光进行扩束准直,提高了激光的方向性,改善了光斑质量,提高了信号质量。3.引入特伦逆向反射系统对光路进行优化,分析了其多普勒频移与物体振动速度之间的关系,提高了光学测量系统的测量精度和抗偏摆、横移的能力。4.研究声光调制器的调制原理,通过实验确定了二氧化碲声光调制器衍射光与入射光偏振态之间的关系,并通过在光路中插入1/4波片使测量光与参考光的偏振态达到匹配,提高了信号强度和信噪比。5.研究锁相环电路原理,用NE568A单片锁相环来解调调频信号。6.完成了对整个系统的调试,数据的记录及实验数据的分析。实验证明系统的测量精度可达1%。

全文目录

第一章概述  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 地震检波器  8-13
    1.2.1 动圈式地震检波器  8-9
    1.2.2 涡流式检波器  9-10
    1.2.3 压电式检波器  10
    1.2.4 传统地震检波器存在的问题  10-11
    1.2.5 光纤、光栅地震检波器  11-12
    1.2.6 MEMS 地震检波器  12-13
  1.3 地震波遥测方案  13-14
  1.4 本文的主要工作  14-15
第二章激光多普勒测振技术  15-25
  2.1 激光多普勒测振理论  15-23
    2.1.1 多普勒频移的相对论推导  15-17
    2.1.2 散射面激光多普勒频移  17-19
    2.1.3 由反射引起的多普勒频移  19-20
    2.1.4 光学差拍  20-21
    2.1.5 激光多普勒测振  21-23
  2.2 其它激光非接触测振方法简介  23-25
第三章参考光检波系统的光路设计及优化  25-40
  3.1 频移技术  25-30
    3.1.1 旋转光栅  25-26
    3.1.2 电光器件  26-27
    3.1.3 声光器件  27-30
  3.2 角锥棱镜  30-31
  3.3 基本参考光检波光路  31-33
  3.4 光路的优化  33-40
    3.4.1 激光相干性的提高  33-35
    3.4.2 特伦逆向反射系统  35
    3.4.3 二氧化碲声光调制器  35-37
    3.4.4 优化后的光路  37-40
第四章信号处理系统  40-54
  4.1 微弱信号检测  40-44
    4.1.1 系统噪声  40-42
    4.1.2 提高信号检测灵敏度的基本方法  42-44
  4.2 系统带宽的选择  44-47
  4.3 锁相环解调  47-51
    4.3.1 锁相环基本工作原理  48-50
    4.3.2 锁相环解调原理  50-51
  4.4 系统设计  51-54
第五章实验及误差分析  54-59
  5.1 实验系统组成  54-56
  5.2 实验结果  56-57
  5.3 误差分析  57-59
第六章总结与展望  59-60
参考文献  60-63
发表论文和科研情况说明  63-64
致谢  64

激光多普勒参考光检波技术的研究

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