Численное моделирование лазерного сейсмометра с ортогональной поляризацией лучевых потоков

Введение 9
Глава 1. Сейсмометры и сейсмические сигналы 11
1.1 Общая информация о сейсмических сигналах 11
1.2 Обзор датчиков регистрации сейсмических сигналов 16
1.2.1 Сейсмограф. Понятие. Виды 16
1.2.2 Лазерные сейсмометры 20
1.2.3 Датчики регистрации сейсмических сигналов на основе новых физических принципов 23
1.2.4 Сравнительные характеристики современных сейсмометров 30
1.3 Обзор публикаций по моделированию процессов в лазерных датчиках 34
1.3.1 Поляризация электромагнитных волн 34
1.3.2 Получение поляризованного света 36
1.3.3 Оптические методы измерения состояния поляризации света 43
1.4 Метод Джонса 44
1.5 Потери резонатора. Условие самовозбуждения ОКГ 50
1.6 Постановка задачи 54
Глава 2. Формирование уравнений и методики моделирования лазерного сейсмометра 55
2.1 Лазерный сейсмометр на ортогонально поляризованных волнах 55
2.2 Расчет поляризационных характеристик резонатора лазерного сейсмометра и выходного излучения 58
2.2.1 Программная реализация расчета поляризационных характеристик 62
2.2.2 Результаты расчетов и моделирования 68
2.3 Анализ влияния шумов в лазерном сейсмометре с ортогональной поляризацией волн на выходной сигнал и его фильтрация 77
2.3.1 Шумы приборов 77
2.3.2 Фильтрация выходного сигнала с выхода фотоприемного устройства 80
2.3.3 Анализ искажений, вносимых фильтром в сигналы 86
2.3.4 Программная реализация фильтрации 87
2.3.5. Результаты моделирования 89
2.4 Разработка методики регистрации сейсмических сигналов 95
2.5 Описание модели канала обработки сейсмических сигналов и их идентификации 98
Заключение 100
Conclusion 101

Весь текст будет доступен после покупки

Сейсмология — это наука, в которой фактические данные представляют собой записи механических колебаний Земли, называемые сейсмограммами. Колебания могут быть вызваны искусственно или в результате естественных причин, например, землетрясением, оползнем, извержением вулкана или падением метеорита. Источники сейсмических сигналов и сами сигналы активно исследуются человечеством в течение многих веков.
Огромный прогресс, достигнутый сейсмологией за последние сто лет, был стимулирован получением постоянно улучшающихся данных. В течение прошедших двух десятилетий электронно-вычислительные машины стали достаточно эффективны, чтобы с их помощью извлекать большую долю информации, содержащейся в сейсмограммах. Таким образом, количественная картина современной сейсмологии складывается из тесного взаимодействия высококачественного исходного материала, детальных моделей механизма источников сейсмических волн и моделей внутреннего строения Земли.
Сейсмология занимает особое место во всем спектре наук о Земле. Прежде всего, она имеет дело только с механическими свойствами и динамикой процессов в Земле. Во-вторых, он предлагает инструмент, с помощью которого можно с большей разрешающей способностью и надежностью изучать внутреннее строение Земли. Высокая разрешающая способность и надежность постижимы по той причине, что из всех типов волн, которые могут наблюдаться после ослаблении при прохождении через различные структуры внутри Земли, сейсмические волны являются наиболее короткими. Они подвержены наименьшим искажениям формы и наименьшему затуханию амплитуд по сравнению с другими объектами геофизических наблюдений, как, например, тепловой поток, статическое смещение, деформация, сила тяжести или электромагнитные поля.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Сейсмометры и сейсмические сигналы
1.1 Общая информация о сейсмических сигналах
Сейсмические явления - это процессы движения пород, магмы и флюидов в литосфере и мантии Земли, способные генерировать сейсмическую энергию и реализовывать её посредством механических импульсов: поступательного импульса в виде поперечных сейсмических волн Р и вращательного импульса в виде продольных сейсмических волн S, проявляющих себя как землетрясения, извержения вулканов, горные удары, обвалы, выбросы пород и газа из горного массива.
Рассмотрим подробнее про сейсмические волны. Как было сказано ранее сейсмические волны бывают поперечными и продольными. P-волны (первичные волны) - продольные, или компрессионные волны. Похожи на звуковые волны - частицы испытывают колебания вперёд и назад вдоль линии распространения волны. Обычно их скорость в два раза быстрее S-волн, проходить они могут через любые материалы. В воздухе они принимают форму звуковых волн, и, соответственно, их скорость становится равной скорости звука. Стандартная скорость P-волн — 330 м/с в воздухе, 1 450 м/с в воде и 5 000 м/с в граните.
S-волны (вторичные волны) — поперечные волны. Частицы среды испытывают колебания перпендикулярно линии распространения волны. Жидкости не пропускают S-волны, это является одной из причин того, что землетрясение на корабле в море ощущается в виде вертикального толчка, словно корабль натолкнулся на подводный объект [1].
Во временном интервале, принадлежащем "псевдорэлеевским" волнам, принципиально возможно существование трёх типов поверхностных волн: Рэлея, Стоунли и Лява (табл. 1). Из них наиболее изучена и известна волна Рэлея, обладающая вертикальной поляризацией. Под вертикальной поляризацией в физике упругих волн подразумевается, что вектор колебательного смещения частиц среды в волне расположен в плоскости, перпендикулярной к граничной поверхности, т.е. к стенке скважины (в физических моделях граничная поверхность расположена горизонтально). Волна Рэлея распространяется вдоль границы твердого тела с разреженным пространством (вакуумом, газом). Энергия волны Рэлея локализована в поверхностном слое твердого тела (породы), толщина которого соответствует длине волны распространяющегося колебания. Волной Рэлея называют также волну, распространяющуюся вдоль границы твердого тела с жидкостью. В последнем случае она непрерывно излучает энергию в жидкость, образуя в ней неоднородную поверхностную волну. Скорость распространения волны Рэлея определяется преимущественно скоростью поперечной волны в твёрдом теле.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки