基于激光干涉原理的海洋災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋經(jīng)濟(jì)在很多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)中所占的比重越來越大。然而，我國(guó)的海洋災(zāi)害頻發(fā)，造成巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。做好海洋災(zāi)害預(yù)警工作可以有效地促進(jìn)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。 本文依托于國(guó)家科技部國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目“基于激光干涉原理的海洋災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)”(課題編號(hào)：2008DFR20230)。首先總結(jié)了我國(guó)海洋動(dòng)力災(zāi)害的現(xiàn)狀和世界各國(guó)使用的地球動(dòng)力學(xué)檢測(cè)技術(shù)；然后介紹了項(xiàng)目中所使用激光干涉測(cè)量裝置，及其所獲

2、得的干涉圖像的處理辦法；最后以俄方建成的兩個(gè)相距250公里的實(shí)驗(yàn)站為依托，完成了關(guān)于地球動(dòng)力和地殼微形變之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出了相關(guān)的結(jié)論。 本文創(chuàng)新性的提出了采用激光干涉技術(shù)來測(cè)量海洋動(dòng)力災(zāi)害所引起的地殼的微小形變。采用的激光干涉測(cè)量裝置的位移測(cè)量精度可達(dá)到10-11m，能夠檢測(cè)頻率從0Hz開始的地殼振動(dòng)，具有良好的低頻響應(yīng)特性，對(duì)地殼常見的低頻振動(dòng)具有良好的響應(yīng)，這些特性是其它地球動(dòng)力學(xué)檢測(cè)方法所

3、不具備的。 本文的主要工作如下： 1、檢測(cè)裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定度完全取決于激光源的頻率穩(wěn)定性及其相干性，因此，選擇頻率非常穩(wěn)定He-Ne激光器作為測(cè)量裝置的光源，能夠保證光束在長(zhǎng)光程上同樣具有非常好的相干特性。在光信號(hào)傳輸過程中采用增壓光束導(dǎo)管，將光信號(hào)受傳播噪聲的影響降到最小。 2、在干涉儀的設(shè)計(jì)上，為了增加系統(tǒng)的靈敏度，采用了臂長(zhǎng)為52.5m的邁克爾遜激光干涉儀。干涉儀的動(dòng)鏡是激光干涉儀中唯一不斷運(yùn)動(dòng)的

4、部件，其在運(yùn)動(dòng)過程中的平穩(wěn)性保證干涉圖像和復(fù)原光譜的質(zhì)量。采用準(zhǔn)貓眼動(dòng)鏡有效克服了動(dòng)鏡傾斜帶來的對(duì)光譜質(zhì)量的影響，并在文中分析了準(zhǔn)貓眼動(dòng)鏡的工作原理，同時(shí)給出了準(zhǔn)貓眼動(dòng)鏡的選擇原則。激光干涉儀參考臂由具有調(diào)制和補(bǔ)償功能的雙PZT組構(gòu)成，分析了雙PZT組的最佳組合方式，及其在調(diào)制信號(hào)和反饋補(bǔ)償信號(hào)作用下對(duì)干涉測(cè)量?jī)x光程差的改變情況。上述這些方法最終解決了激光干涉儀測(cè)量低頻微小振動(dòng)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。 3、我們通過使用間隔布置的激光

5、干涉儀進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了海洋內(nèi)波和表面波可以造成地殼水平方向上的微應(yīng)變。同時(shí)，我們從實(shí)驗(yàn)角度揭示了采用激光干涉儀測(cè)量地震先兆的可能性。 4、研究了水聲波到聲震波的轉(zhuǎn)換。當(dāng)水聲源在巖基或斜坡后面時(shí)，地震波信號(hào)就會(huì)被不同的低頻信號(hào)調(diào)制。在深海或淺海里安置低頻水聲源，通過激光干涉儀接收到的水聲振蕩波信號(hào)的變化，發(fā)現(xiàn)了水聲波以接近臨界角的方式作用在海底，并且最終轉(zhuǎn)變?yōu)榈卣鹇暡ā?5、證實(shí)了海洋內(nèi)波能量不轉(zhuǎn)換為小規(guī)模湍流能量，而