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分布式光纤传感技术应用前景可期

地震监测预报再添“利器”

中国安全生产网 2021-10-25 13:57:27

本网讯    记者王桦楠报道    10月22日,分布式光纤传感技术应用展示会在北京召开。中国科学院院士、地球物理学家、中国地震局科技委主任陈颙介绍了中国地震局与中国科学技术大学联合开展的分布式光纤传感技术试验应用总体情况。据了解,分布式光纤温度传感系统(DTS)和分布式光纤声波/振动传感系统(DAS)在地震监测预报领域的应用前景广泛,DTS可监测地震孕育发生过程中可能的温度变化,DAS可检测到光纤因地震波产生应变所造成的被拉伸或压缩信号,继而获得地震波信息。

   近年来,光纤除应用于通信领域外,因其无需供电、耐高温高压、可分布式测量及长期监测等优点,还被作为传感器用于测量应力和温度等物理量。但这项潜力巨大新技术的核心设备——光信号调制解调主要依赖进口,国外设备不仅价格高昂,而且我国进口受到诸多限制。2021年,中国科学技术大学与中国地震局合作研制出具有自主知识产权的分布式光纤声波/振动传感系统,利用现有通信光缆进行地震监测和地下空间探测。为推动仪器研发与需求相结合,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心陈旸、赵东锋团队,地球和空间科学学院王宝善、姚华建团队联合中国地震局地震预测研究所张晓东、王伟君团队,通过对激光光源、核心算法等关键技术进行攻关,研制出包括激光光源系统、信号解调和数据处理系统等模块的分布式光纤温度传感系统,监测温度范围为-20摄氏度至150摄氏度,监测长度为20公里,测温精度为0.1摄氏度,空间分辨率为1米,达到国际先进水平。

   据陈颙介绍,DTS和DAS在地震监测预报领域的应用前景广泛。DTS的光纤传感器可随钻头深入温度高达数百摄氏度的地下,利用反向拉曼散射的温度敏感性,监测地震孕育发生过程中可能的温度变化。DAS通过监测光纤中背向瑞利散射光的变化继而得到地震波信息。

   目前,联合研发团队在地震局院内埋设了600多米环形光纤,接入自主研制的DAS和DTS,相当于架设了1600台振动和温度传感器开展相关观测试验。试验结果表明:DTS观测与室外地面温度趋势高度一致,精度达0.1摄氏度。DAS记录到10月15日内蒙古赤峰4.7级地震波形数据,与传统短周期地震仪观测一致性良好,为在城市地区开展地震密集/超密集台阵观测提供了新的解决思路,是现有监测系统的有益补充。

   该联合研发团队表示,自主研发的DTS可进行实时高精度温度监测,除满足地震监测预报领域需求外,还可用于其他对温度监测需求较高的领域,如冰雪运动赛道场地温度监测等。

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