光栅数字检波器的研究

　　1引言

　　传统地震检波器拾取的信号属性多以速度特征为主，通常采用电磁(动圈)原理，无源结构，国外具有代表性的厂家是荷兰SENSOR公司和美卜}GEOSPACE公司，I+}内有西安仪器总厂检波器分厂与物探局仪器总厂俊峰公司。传统地震检波器的灵敏度一般为0.28V/cm/s，典型畸变值范围在0.2%一0.5%之间，动态范围约40}60<1B 。

　　随着数据记录系统动态范围的突破，目前采用叉_p数据流模数转换技术的24位遥测数字地震仪的数据采集动态范围已经达到了120dB以上。因此，地震检波器的动态范围是制约地震采集技术发展的瓶颈

　　木课题首次将光栅计量技术应用于地震勘探方法，采用光栅谐振子为敏感元件，其输出信号以脉冲数形式输出。首先将大地震动的机械信号转换成光调制信号—莫尔条纹，再将调制后的光信号用光电器件转换成数字化电信号输出。其主要特点:①精度高，山于光栅刻划技术以及电子细分技术的发展，特别是莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用的特性，目前一般认为光栅式测量装置在大量程测长方而的精度仅低于激光式测量的一种高精度测量装置;②兼有高分辨率和大量程两特性，这也是测量装置中一个非常难得的突出特点;③可实现动态测量、自动测量以及数字显示;④具有较高的抗干扰能力，对环境条件要求不高。

　　2.基木结构与工作原理[2]

　　光栅地震检波器是一种将大地震动的机械能，利用光栅谐振子随大地震动产生莫尔条纹，随大地震动的上卜方向不同对莫尔条纹进行分别计数，再转换为电能少i以数字信号输出的机一光一电祸合转换装置。在地震勘探中，它以最大的逼真度产生与地震波动相对应的振动幅值和频率。检波器结构如图1所示:包括一个横向限振片和光栅谐振子组成的“弹簧一质量”系统。该系统置于准直后的光源与光电器件之间，少i封装于密封的外壳中。当地而振动时，固定于地而的检波器随之运动，检波器中的“弹簧一质量”系统与外壳产生相对运动，在光电器件的接收而上产生运动的光栅莫尔条纹，经光电转换、信号处理少i计数后，将大地的震动信号以数字形式输出。

　　3.结构设计

　　光栅传感器的输出信号是信号处理的主要依据，也是传感器误差的主要载体。因此，光栅传感器的输出信号的优劣是整个仪器设计的关键，也是光栅传感器设计是否完善的评价指标。幅值、对比度、波形和正交性是表征光栅传感器输出信号的主要因素。这些都是设计中应考虑的问题。

　　我们选用光栅常数相等(}=0.01 >的主光栅和指示光栅畏放在一起，当两光栅相对运动时便产生莫尔条纹。设两光栅栅线相交一小角度。当光栅每相对运动一个栅距W时，莫尔条纹明暗变化一次。配以光电元件，即可得到周期性变化的电信号。莫尔条纹的宽度D与光栅栅距W和夹角。的近似关系为: