中青年创新基金项目验收评价报告——定稿

附件 2 中国石油天然气集团公司 中青年创新研究项目验收评价报告 中油科验字[ ]第 号 项目编号：07E1003 项 目 名 称：纤栅式地震检波器高精度解调系统的研究 承 担 单 位：中国石油大学（北京） 主持验收部门： 组织验收部门： 验 收 形 式： 验 收 时 间： 中国石油天然气集团公司科技管理部 二 00三年制 1 一、主要考核指标及项目创新点（与合同对比填写） 合同中列出的主要考核指标 课题完成指标 迈克尔逊解调系统的相位检测 灵敏度需达到 10-6rad量级 制作了基于迈克尔逊干涉仪解调系统，并用于地震检波器 的震动传感测量。系统的光源和解调系统参数与光纤传感 领域的经典权威文献[2-7]量级一致，故可以达到该文献的 相位解调灵敏度 10-6rad/ Hz 将解调系统模块应用于封装 FBG作传感探头的光纤地震检 波器。得到工作频带为 10～ 1000Hz，地震检波器动态范围 达到 90dB，频率范围 10～ 200Hz时，动态范围达 100～ 120dB。 对等腰三角型悬臂梁地震检波 器 1. 固有频率： 450Hz 2.动态范围：129.4dB 3.应变—加速度灵敏度： 3.2/(m/s2) [技术报告 P18] 对矩形悬臂梁地震检波 器传感器: 1.固有频率： 152Hz 2.动态范围：129.4dB 3.应变—加速度灵敏 度：1.25/(m/s2) [技术报告 P22] 合同列出的最终研究成果 课题完成的最终研究成果 发表 2篇， 申请专利 2项； 发表论文 2篇， 申请专利 2项； 完成基于光纤干涉仪的解调 系统模块一套，并将其应用 于光纤地震检波器。 完成基于光纤干涉仪的解调系统模块一套，制作了 三种地震检波器探头，即制成了三种光纤地震检波 器。 合同中拟解决的关键问题 课题完成的解决的关键问题 制作迈克尔逊解调系统，相 位检测灵敏度需达到 10-6rad/ 量级Hz 制作完成了了基于迈克尔逊干涉仪解调系统，并用 于地震检波器的震动传感测量。该相位解调灵敏度 10-6rad/ Hz 偏振衰落技术 制作了加 Farady旋转镜的MichelsonMichelsonMichelson Michelson 光纤干涉仪 可以有效的消除偏振衰落[技术报告 P33] 相位载波电路系统的设计 制作了了一种简化电路压电陶瓷的闭环锁定电路 （电路如图 New_TIA_Filter _TOP.pdf），实现了 相同目的 干涉仪的封装技术 加入绝缘板和隔声泡沫对干涉仪解调系统进行封装，有效提高了系统的抗噪性能 合同中未列出 设计、制作了三种基于光纤光栅悬臂梁的地震检波器传感探头，并采用迈克尔逊解调系统进行解调 2 关于第一和第五项关键技术的解释和说明： 1. 关于迈克尔逊干涉仪解调系统的相位解调灵敏度的说明。（技术报告 P31） 现有各种解调技术中，以干涉解调系统的灵敏度最高。为使光纤光栅 地震检波器系统有较高的测量灵敏度，故本课题选用Michelson干涉仪解调 系统。由于采用光纤宽带光源（1520~1560nm）作为系统光源，故干涉仪的 臂长差小于宽带光源的相关长度，理论上取为 cm 量级，实际制作中 <5mm。同时为了获得尽量大的解调灵敏度，光纤长度取为 20m，并用于地 震检波器的震动传感测量。系统的光源和解调系统参数与光纤传感领域的 经典权威文献[2-7，文献中使用 Mach-Zenhder干涉仪]量级一致，故可以达 到该文献的相位解调灵敏度 10-6rad/ 。Hz 动态范围计算过程中，取相位灵敏度仅为为 10-4rad/ 。若取相位灵敏度Hz 仅为为 10-6rad/ ，动态范围将增加 40dB，即可以达到 169.4dB。Hz 2. 本课题中的相位解调灵敏度和动态范围其实在实验过程中很难测量。因为任 何传感系统都有背景噪声。即使实验系统能够提供 10-6rad和 1.684p的相位 和应变信号，也早已经淹没在背景噪声之中。故本课题中只能对系统的性能 参数进行了理论计算。 3. 悬臂梁地震检波器的设计非常灵活，可以通过增加梁的厚度和长度，增加质 量块的质量，将地震检波器的固有频率增加至 1KHz甚至更高。但考虑到固 有频率增加时，应变—加速度灵敏度会相应降低，并且进行地震勘探时，振 动信号的频率一般低于 200Hz，所以设计的两种地震检波器的频率都在 200Hz左右，并且其动态范围均可达 129dB。同时，在制作等腰三角型和矩 形悬臂梁地震检波器的基础上，我们还设计制作了 L型悬臂梁的地震检波 器，其固有频率高于 560Hz。 3 二、计划（合同）执行情况（详细填写） 1、专项合同执行情况及主要技术成果 按照合同，本课题中，我们设计了基于等腰三角形、矩形、L型三种 悬臂梁结构的光纤光栅地震检波器，其固有频率分别可以达 450Hz，150Hz， 560Hz。应变—加速度灵敏度约为 3/(m/s2)，是目前文献报道相关传感器中灵 敏度较高的地震检波器。同时制作了基于 BBS宽带光源的Michelson干涉解调 的光路和电路系统，其相位解调的灵敏度可以达到 10-6rad/ 。动态范围大Hz 于 129.4dB。三种检波器的参数可以根据实际需要，灵活调整。如果采用输 出带宽更窄的 Distributed Feedback光纤激光器作为系统的光源，并同时应用干 涉仪解调系统，虽然相位解调的灵敏度会降低到 10-4rad/ 量级，应变—加Hz 速度灵敏度可以再增加 1~2个量级，但相应的系统的固有频率会稍有降低。另 外，由于光栅区域的长度一般为 3~5cm，故制作小尺寸的 DFB激光器传感探 头难度会更大。 2、项目依托工程 我们已经把上述系统用于地震模拟震动平台，发现该系统可以对震动信号进行 传感测量，测量结果可靠。同时，目前我们正在把这种地震检波器系统用于现 场实验，具体结果正在测试过程中。 3、科技成果的创新程度、应用情况及前景评价 我们在本课题中制作的三种地震检波器具有一定的创新性，制作的地震检波器 和解调系统具有很高的实用价值，如果能够与光纤传感器的相关技术公司加强 合作，进一步解决光纤光栅的抗拉伸等机械性能，如采用机械封装或金属化处 理，可以有广泛的应用前景。 4、科技经费决算及使用情况； 经费使用简况如下（各数字单位万元）：其中 (1)直接材料费：光栅：0.06 光电材料：1.8 气体：0.08 三通钢管：0.3 胶水费：0.05 共计：2.3 (2) 测试化验费（我们调整作为间接材料费）：气体材料：0.52 光无源器件：0.83 压电材料：0.35 共计：1.7 (3)燃料动力消耗费：0.45 (4)设备购置费：测试用电脑：联想 U330，0.73 测振仪：0.7 气体钢瓶：0.4 共计：1.83 (5)其它直接费：差旅费：0.72 会议咨询费：会议费：0.05邮电费：0.4 共计：0.45 (6)印刷出版费：印刷费+维修费：0.36 其他费用：0.19 共计：0.55 (7)直接人员费用：1 (8) 管理费：0.9 合计：10 4 根据决算表可以看出，各项经费使用时略有调整，但基本按预算使用。 5、项目设置和组织管理综合评价等。 根据决算表可以看出，各项经费使用时略有调整，但基本按预算使用。项目的 完成在完成人所在中国石油大学（北京）油气资源探测国家重点实验室下属的 光传感与光探测实验室的统一组织下完成，本课题实施过程中，实验室购置了 大量的与本实验相关的仪器设备，并配备了相关技术人员，全方位的保证了本 课题的顺利实施和完成。 5 三、提供验收的文件、资料（研究报告、专利申请文件等） 研制技术报告 111 1 份。 专利申请文件 222 2 篇。 1.专利号：2007101415562，申请人：陶果，“地震勘探用检波器及其检波系 统”，申请时间：2008年 5月 9日 2. 专利号：2008101045004，申请人：赵昆，“一种快速响应红外光探测器及其 制备方法”，申请时间：2008年 6月 13日 发表文章 222 2 篇。 1. Wang Liang, Chen Shao-hua, Tao Guo, Lu Gui-wu, Zhao Kun，Research of Fiber Bragg Grating geophone based on cantilever beam，2009，SPIE，Beijing 2.2.2. 2. Shaohua Chena,b Gangding Peng，A smart seismic geophone based on distributed - feedback fiber lasers， Joint Workshop on Frontier Photonics and Electronics, Sydney，4 and 5 March，2010：7— 10. 6 四、承担单位科技管理部门意见 《纤栅式地震检波器高精度解调系统的研究》课题按计划开展，并顺利完 成各项任务、指标。本课题设计加工了三种地震检波器探头，制作了高精度的 Michelson干涉解调系统，并将该系统成功用于上述三种检波器探头。该课题经 费使用合理，具有一定创新思想和实用价值。 7 五、验收评估意见（提出下一步研究工作方向建议） [1、对具有进一步研究价值的项目继续通过风险创新研究项目进行支持；2、对技术基本成 熟，需要进一步配套完善和放大试验的项目，建议转入正式科研计划进行支持；3、对具有 推广应用价值，已形成专利、专有技术的项目，建议组织生产应用推广。 ] 验收委员会主任（签字）： 年 月 日 8 六、主持验收部门审查意见 主管领导（签字）： 单位（盖章） 年 月 日 9 七、组织验收部门审查意见 主管领导（签字）： 单位（盖章） 年 月 日 10 八、主要研究人员名单 序号 姓名 性别 出生年月 技术职称 文化程度 工作单位 创造性贡献 陈少华 女 1975 副教授 博士 中国石油大学（北京） 系统整体设计 陶果 男 1954 教授 博士 中国石油大学（北京） 传感头系统设计 赵昆 男 1971 教授 博士 中国石油大学（北京） 探测整体设计 钟寿仙 女 1950 教授 硕士 中国石油大学（北京） 红外光的探测技术 王亮 男 1985 硕士生 硕士 中国石油大学（北京） 干涉解调系统 苟其勇 男 1984 硕士生 硕士 中国石油大学（北京） 地震传感探头制作 王勇 男 1984 硕士生 硕士 中国石油大学（北京） 光源系统设计和制作 11 九、验收委员会名单 序号 验收会职务 姓名 工作单位 所学专业 现从事专业 职称职务 签名 7 附表 1项项目经费决算表 项目（课题、专题）名称及编号：纤栅式地震检波器高精度解调系统的研究 （07E1003） 序号 项目分类 预算经费（万元） 决算经费 （万元） 1 直 接 材 料 费 系统封装材料 0.5 光栅：0.06 光电材料：1.8 气体：0.08 三通钢管：0.3 胶水费：0.05 共计：2.3 系统吸声材料 0.5 系统电路器件和材料 1 2 测 试 化 验 费 解调性能测试 0.6 气体材料：0.52 光无源器件：0.83 压电材料：0.35 合计：1.7 3 燃料动力消耗费 1.5 0.45 4 设备购置费（设备名称及型号） 测试用电脑：联想 U330，0.73 测振仪：0.7 气体钢瓶：0.4 共计：1.83（请补齐测振仪型号） 5 样机试制费（样机名称） 2 6 现场试验费 7 其 它 直 接 费 调研费（外协费） 差旅费（调研费） 0.6 0.72 资料费（费） 0.2 会议咨询费（评审费） 0.6 会议费：0.05 邮电费：0.4 合计：0.45 印刷出版费（其它） 0.6 印刷费+维修费：0.36 其他费用：0.19 合计：0.55 8 不可预见费 9 设备、房 屋占用费 （设备名称） 外聘人员劳务费 〔房屋用途〕 其他 （列明 细） 合计 8.1 8.1 10 直接人员费用（按全工时人数） 1 1 11 管理费 0.9 0.9 总计 10 10 8 附表 2 项目验收信息表 项目（课题、专题） 名称（合同编号） 纤栅式地震检波器高精度解调系统的研究 （07E1003） 承担单位 中国石油大学（北京） 项目（课题、专题） 负责人 陈少华 经费收入情况 （万元） 总计 国家拨款 股份公司拨款 贷款 自筹 其它 10 0 10 0 0 0 计划执行情况 1、提前完成 √2、按期完成 3、拖延 4、撤销 5、接转 形成固定资产 （万元）其中 5万元以上固定资产台套数 0 （台、套） 成果情况 新产品 （项） 新技术新工艺 （项） 新材料 （项） 新成套设备 （项） 获专利 2 （项） 报告、论文 2 （篇） 获专利情况 发明 2 （件） 实用新型 （件） 外观设计 （件） 成果水平 国际领先 （项） 国际先进 （项） 国内领先 （项） 国内先进 （项） 成果转让、应用情况 成果转让合同数（份） 成果转让合同额（万元） 转让实现金额（万元） 已商品化成果数（项） 已推广应用成果数（项） 已获直接经济效益（万元） 综合经济效益 （万元） 投入产出比