Разработка и исследование средств измерения угловых параметров сейсмических колебаний на базе волоконно-оптических гироскопов

• Автор: Ткаченко, Анна Николаевна
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
1.1 Сейсмические волны и средства их регистрации
1.1.1 Сейсмические волны
1.1.2 Средства и методы регистрации
1.2 Угловые сейсмические движения
1.2.1 Средства измерения угловых параметров сейсмических колебаний
1.2.1.1 Сейсмические сети
1.2.1.2 Маятниковые системы
1.2.1.3 Электрохимические и другие датчики вращения
1.2.2 Оптические датчики угловой скорости (ОДУС)
1.2.2.1 Лазерные гироскопы
1.2.2.2 Волоконно-оптические гироскопы ........................34 .
1.2.2.3 Примеры ОДУС для сейсмологических и геофизических
целей
Выводы по главе
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРИАДЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ГИРОСКОПОВ (ВОГ)
2.1 Описание триады волоконно-оптических гироскопов
2.2 Математическая модель выходных сигналов триады ВОГ
2.3 Калибровка триады ВОГ
2.3.1 Алгоритм калибровки триады ВОГ на двухосном испытательном стенде
2.3.2 Проведение эксперимента
2.3.3 Анализ результатов
2.4 Исследование влияния внешнего магнитного поля на выходной сигнал ВОГ

2.4.1 Описание трехосного магниторезистивного датчика
2.4.2 Проведение эксперимента
2.4.3 Анализ экспериментальных результатов
2.5 Исследование случайных составляющих смещения нулевого сигнала ВОГ
2.5.1 Вариации Аллана
2.5.2 Экспериментальные исследования случайных составляющих смещения нулевого сигнала ВОГ
Выводы по главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАНИЙ ВОГ ПРИ ЗАДАНИИ УГЛОВЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ
3.1 Экспериментальные исследования показаний ВОГ на малом двухосном стенде
3.1.1 Описание малого-двухосного стенда
3.1.2 Описание эксперимента и анализ результатов
3.1.3 Калибровка ВОГ в режиме гармонического изменения
угла с использованием оптимальной фильтрации Калмана
3.2 Экспериментальные исследования показаний ВОГ на специализированном стенде УСГ-ЗМ
3.2.1 Описание испытательного стенда
3.2.2 Описание эксперимента
3.2.3 Обработка и анализ результатов
Выводы по главе
ГЛАВА 4 АЛГОРИТМ РАБОТЫ МОБИЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СРЕДСТВА НА БАЗЕ ТРИАДЫ ВОГ И ТРЕХОСНОГО СЕЙСМОМЕТРА
4.1 Совместные исследования триады ВОГ, электрохимического датчика вращения и трехосного сейсмометра
4.1.1 Описание сейсмологического оборудования
4.1.2 Экспериментальные исследования показаний триады ВОГ и электрохимического датчика вращения
4.1.3 Экспериментальные исследования показаний триады ВОГ и
трехосного сейсмометра при задании угловых движений
4.2 Алгоритм работы мобильного измерительного средства на базе триады ВОГ и трехосного сейсмометра
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Волоконно-оптические гироскопы являются наиболее дешевыми по сравнению с другими ОДУС. Следует также учитывать малый вес конструкции, что позволяет создавать на основе ВОГ достаточно легкие средства измерения [28].
1.2.2.3 Примеры ОДУС для сейсмологических и геофизических
целей
Лазерные гироскопы. В последние десятилетия разработаны различные типы лазерных гироскопов для геофизических целей [30, 31]. Первый кольцевой лазер, названный «С1», установлен в Новой Зеландии (Department of Physics University of Canterbury). Cl имеет площадь оптического резонатора 0.7547 м2 и периметр 3.477 м. В нем используется смесь He-Ne и генерация волны с длиной 633 нм и частотой 473.6 ТГц.
Второе поколение — кольцевой лазер «СП», установленный в Cashmere Cavern в 1997 году при совместной работе институтов Германии и Новой Зеландии. СП представляет собой монолитную конструкцию внутри твердого куска церодура размерами 1.2 м х 1.2 м х 0.18 м. Церодур - это стеклокерамический материал с очень низким коэффициентом термического
расширения (а«5Прибор имеет оптический резонатор площадью 1 м2 с инженерным совершенствованием, заключающемся в сверхвысоком вакуумном соединение металлических фланцев и церодура. Резонатор содержит He-Ne смесь газов и имеет одномодовую генерацию волны длиной 633 нм.
Существует также лазерный гироскоп «G», обладающий высокими точностными характеристиками и размерами большими, чем у CI и CII. Расположен данный прибор на станции Wettzell в 150 км от г. Мюнхен (Германия). Его площадь составляет 16 м2, периметр 16 м. G закреплен также на церодуре (рис. 1.13).