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        分布式光纖傳感技術應用前景可期

        地震監測預報再添“利器”

        中國安全生產網 2021-10-25 13:57:27

        本網訊    記者王樺楠報道    10月22日,分布式光纖傳感技術應用展示會在北京召開。中國科學院院士、地球物理學家、中國地震局科技委主任陳颙介紹了中國地震局與中國科學技術大學聯合開展的分布式光纖傳感技術試驗應用總體情況。據了解,分布式光纖溫度傳感系統(DTS)和分布式光纖聲波/振動傳感系統(DAS)在地震監測預報領域的應用前景廣泛,DTS可監測地震孕育發生過程中可能的溫度變化,DAS可檢測到光纖因地震波產生應變所造成的被拉伸或壓縮信號,繼而獲得地震波信息。

           近年來,光纖除應用于通信領域外,因其無需供電、耐高溫高壓、可分布式測量及長期監測等優點,還被作為傳感器用于測量應力和溫度等物理量。但這項潛力巨大新技術的核心設備——光信號調制解調主要依賴進口,國外設備不僅價格高昂,而且我國進口受到諸多限制。2021年,中國科學技術大學與中國地震局合作研制出具有自主知識產權的分布式光纖聲波/振動傳感系統,利用現有通信光纜進行地震監測和地下空間探測。為推動儀器研發與需求相結合,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心陳旸、趙東鋒團隊,地球和空間科學學院王寶善、姚華建團隊聯合中國地震局地震預測研究所張曉東、王偉君團隊,通過對激光光源、核心算法等關鍵技術進行攻關,研制出包括激光光源系統、信號解調和數據處理系統等模塊的分布式光纖溫度傳感系統,監測溫度范圍為-20攝氏度至150攝氏度,監測長度為20公里,測溫精度為0.1攝氏度,空間分辨率為1米,達到國際先進水平。

           據陳颙介紹,DTS和DAS在地震監測預報領域的應用前景廣泛。DTS的光纖傳感器可隨鉆頭深入溫度高達數百攝氏度的地下,利用反向拉曼散射的溫度敏感性,監測地震孕育發生過程中可能的溫度變化。DAS通過監測光纖中背向瑞利散射光的變化繼而得到地震波信息。

           目前,聯合研發團隊在地震局院內埋設了600多米環形光纖,接入自主研制的DAS和DTS,相當于架設了1600臺振動和溫度傳感器開展相關觀測試驗。試驗結果表明:DTS觀測與室外地面溫度趨勢高度一致,精度達0.1攝氏度。DAS記錄到10月15日內蒙古赤峰4.7級地震波形數據,與傳統短周期地震儀觀測一致性良好,為在城市地區開展地震密集/超密集臺陣觀測提供了新的解決思路,是現有監測系統的有益補充。

           該聯合研發團隊表示,自主研發的DTS可進行實時高精度溫度監測,除滿足地震監測預報領域需求外,還可用于其他對溫度監測需求較高的領域,如冰雪運動賽道場地溫度監測等。

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