科创中国

行业领域

工业智能化

需求背景

目前，我国油气资源开发面临的一个重大难题之一是勘探难度大且成本高。从中国目前剩余油气资源的品质来看，低渗透、特低渗透油资源与重油资源等“低品位”资源所占比例不断增大，随着勘探开发的不断深入，剩余石油资源中质量差、难开采的比重将越来越大。因此，对于地震波勘探技术提出了更高的要求，传统的电磁地震波检测技术局限性大，不适用于复杂地质勘探。基于光纤的传感技术进行地震波检测是一种新型的振动检测方式，其优越性主要体现在与传统电磁类振动传感器相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀和便于大规模组网等优点，是目前振动传感领域的研究热点之一，尤其在油气资源勘探及微地震检测等领域，具有广阔的工程应用前景。

需解决的主要技术难题

强度调制型、相位调制型(干涉型)、波长调制型(光纤光栅型及光纤激光型)和分布型。强度调制型灵敏度较低，难以实现微地震波的检测；波长调制型的波长漂移易受温度和应力等其他因素的影响，交叉敏感问题严重。三维地震波信息的获取、超低频高分辨率探测、大规模组网中的串扰抑制以及长距离传感等。模块化封装主要由分体式顺变柱体型传感器构成，基于干涉解调，方向性好，交叉方向灵敏度能够得到一定的抑制，但所获得的三个方向振动信息并非同点信息，对解调精度有一定影响。一体化封装方式稳定性好，但是对结构要求高，且交叉灵敏度高、串扰严重。此外，三分量光纤检波器还难以实现大规模传感单元组网，形成大容量传感阵列。

期望实现的主要技术目标

融合高频与低频的弱光栅数据采集设备，进一步拓展弱光栅技术的应用场景

设备总通道数大于16，其中静态1hz14通道，高频100hz2通道

波长重复性2pm，高频单通道测试点数大于1000，低频单通道测试点数大于5000。

需求解析

解析单位：“科创中国”大地感知与智慧控灾技术产业科技服务团（中国岩石力学与工程学会） 解析时间：2023-12-01

程刚

应急管理大学（筹）

副教授

综合评价

该技术的需求描述较为清晰，无需通过跨行业专家进行共同解决，统筹考虑技术需求要素与实施解决方案，具体可通过以下技术路径进行突破： 1. 传感原理与解调方法分析。通过对高低频弱光栅的理论研究，构建高低频一体化弱光栅温度和应力变化的传感模型阐述出光纤光栅传感系统对温度的变化监测方面的应用，通过比较已有的解调技术选择适合超弱光纤光栅的解调方案。 2.高低频弱光栅传感网络的复用技术研究。通过分析各种常用的复用技术的理，结合智能电网实际需求，最终选取 混合复用技术来达到对大型工程成百上千个监测点的实时监测。 3. 去噪算法的设计。对采集信号进行去噪处理。采用小波阈值去噪方法，深入研究现今的小波阈值方法,然后根据光纤光栅解调系统采集的信号采用一种改进的小波阈值去噪方法对信号中存在的噪声进行去噪。 4. .高低频一体化弱光栅解调方案可行性验证。对整个系统进行温度和应变测量实验，分析其准确性和稳定性，来验证解调系统可行性。

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