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浅谈光纤传感器在地震监测中应用及发展趋势 　　摘 要：地震发生前一般会出现各种异常现象，这些现象统称为地震前兆，观测这些异常现象是研究地震的重要手段。文章围绕光纤传感器在地震监测中的应用展开了介绍，重点介绍了当前光纤传感的常用手段--包括光纤法珀（FP）传感器和光纤光栅（FBG）传感器等，并阐述了各种传感手段在地震监测中的应用，最后对光纤传感应用于地震监测领域的前景进行了展望。 　　关键词：光纤传感；地震监测；地形变；地震波 　　引言 　　当前地震监测的方式主要集中在两个方面，一是通过地壳形变测量获取地震前兆信息及研究地震活动性问题；二是通过研究地震波来探测地球内部结构进而进行地震预报[1]。 　　测量地形变需要测量系统提供非常高的测量精度，而目前广泛应用于实际地形变监测中的钻孔应变、硐体应变、GPS等方式[2]，往往因受地理条件的限制，有比较严重的电磁干扰。在安全监测、石油勘探等领域，目前广泛应用的是现代地震仪，现代地震仪都是通过探测地震波得到地震数据记录，以此对震源、地球内部结构进行研究并实现临震预报。在进行石油勘探的过程中，采用人工的方式在岩层的分界处造成震动，这种震动引起的弹性波可以发生反射或折射，利用灵敏度很高的地震检波器将由此产生的反射波和折射波记录下来，通过分析就可以定位油气圈闭；在进行安全监测时，传感器可以探测到侵入物引入的地面波，进而实现目标识别及预警。 　　然而，传统的监测手段普遍存在动态范围小、敏感度低、漏电、占用较大的空间和较高的基建费等问题，严重限制了上述监测技术的发展[3，4]。 　　光纤传感器凭借其特有的优势逐渐成为地震预测中一种新型手段。光纤传感器作为传感器家族中新发展起来的重要成员，是一种全光观测方法，从20世纪70年代起，得到了广泛的关注和飞速地发展[5，6]。它是以光波为载体、光纤为媒介的新型传感器，与传统的传感器相比，光纤传感器具有体积小、质量轻、结构简单、抗干扰性强、电绝缘性能好、频带范围宽、动态测量范围大、耐腐蚀、耐高温、灵敏度高、传输距离远等特点，除此之外，光纤传感器还能够实现分布式、多参量测量，并且易于与计算机和光纤传输系统相连构成传感网络[7]。 　　文章在阐述光纤传感器传感原理及特点的基础上重点介绍了光纤法珀（FP）传感器和光纤光栅（FBG）传感器，之后对光纤传感器在地震测量中的应用及发展进行了介绍，最后总结了基于光纤传感的地震监测手段的优势和缺陷，对发展前景进行了展望。 　　1 光纤传感器的传感原理及特点 　　近年来，光纤传感技术被广泛地应用于地形变观测、地震波探测、水文地球化学观测和地磁探测等众多领域并取得了大量研究成果[8]。光纤传感器可以按照传感原理分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、波长调制光纤传感器、分布式光纤传感器等。 　　1.1 强度调制光纤传感器 　　强度调制光纤传感器通过感知外界环境导致的光纤传输光强度变化来检测相应的物理量。光纤法珀传感器是一类典型的强度调制光纤传感器。它是历史最长、技术最为成熟、应用最为普遍的一种光纤传感器。光纤法珀传感器是光纤传感器中的重要一员。光纤法珀传感器的核心敏感元件是法珀腔，所有被测物理量的变化都会直接或间接地反映在法珀腔长的改变上，根据光纤珐珀腔的结构不同，光纤法珀传感器可以分为本征型（EFPI），非本征型（IFPI）和在线复合型（ILFP）。 　　非本征型光纤法珀传感器是目前光纤法珀传感器中应用最广泛、研究最多的一种光纤法珀传感器，常见的非本征型光纤法珀传感器有毛细管型非本征光纤法珀传感器和膜片式微加工型光纤法珀传感器。 　　1.2 相位调制光纤传感器 　　相位调制光纤传感器通过敏感部件感知光纤折射率或传播常数的变化从而对被测物理量进行探测。这类传感器需要采用干涉技术将相位信息转化为强度信息来进行检测。 　　1.3 波长调制光纤传感器 　　波长调制光纤传感器主要指光纤光栅传感器，其结构如图1所示，这类传感器利用待测物理量调制传输光波长信息，通过探测波长信息的变化即可对待测量进行检测。光纤光栅传感器是一类典型的波长调制光纤传感器。光纤光栅传感系统已被广泛应用于桥梁健康监测、大坝健康监测、油井健康监测、油罐预警系统等传统工程中。 　　光纤光栅不仅尺寸很小、重量相对轻、还具有带宽宽、灵敏度很高、耐腐蚀能力强和抗电磁干扰能力强等的优点，由于其固有特性，能够实现对波长的绝对编码、集传感与传输于一体、且可以不受光功率波动的影响、相对易于制作封装及埋入材料的内部。在测量领域，可以对结构的应力、应变进行高精度的绝对检测。同时，也能够采用准分布式的方式多点测量外界温度、应力场作用下的大量待测目标的时间和空间特征。 　　2 光纤传感器在地震测量中的应用及发展 　　早在1986年，美国洛斯?阿拉