随着油气勘探领域中地质目标的日益复杂化,对振动加速度测量的动态范围、精度及分辨率等技术参数的要求日渐提高,传统电类检波器已逐渐难以满足勘测过程中的各项要求。与之相较,光纤振动加速度检波器具有灵敏度高、频带宽、抗电磁干扰、耐高温高压、易于组网复用等优势,克服了电类检波器存在的诸多限制,获得了广泛关注和研究,具有广阔的市场应用潜力。但现有光纤检波器仍存在一些亟待解决的棘手问题:比如检波器性能指标中高灵敏与宽频带之间的矛盾、三分量光纤检波器的集成及优化等。本论文将算法、仿真与实验测试有机结合,针对油气行业在地震波勘探过程中进行振动加速度测量时所遇到的科学问题,从实际需求出发,通过对检波器传感机理与特性的研究,分别研制了一种基于横向限位结构的FBG低频加速度检波器、一种基于六边形放大结构的温度自补偿FBG中频加速度检波器和一种基于遗传算法优化的高频铰链结构加速度检波器,覆盖了0.5 Hz–1800 Hz的测量频段。除了上述三种单分量检波器,本文还研制了一种基于弯曲伸张结构的高灵敏三分量检波器,并利用遗传算法,结合FBG独特的波分复用特性,提出了一种可用单根光纤无弯折地实现三分量测量的小口径三分量检波器。此外,论文还从工程应用问题入手,对井间三分量光纤检波器的性能优化提出了一系列方案,对井间三分量检波的工程化具有重要意义。论文的主要内容如下:1.通过构建光纤振动加速度检波器与人工激发地震波相互耦合的理论模型,研究了FBG检波器的检波机理,包括使用FBG三分量振动加速度检波器进行地震波勘探的意义、原理及方法。2.研制了一种基于横向限位结构的高灵敏度FBG低频加速度检波器,实现了在0.5 Hz–9 Hz的低频振动信号的作用下加速度灵敏度高达926.29 pm/g,线性度为99.51%的高灵敏检测。传感器的限位结构极大提高了其抗横向干扰能力,交叉灵敏度系数仅为0.3%。3.结合3D打印技术研制了一种基于六边形放大结构的中频FBG加速度检波器,通过对传感器的结构设计、尺寸优化、材料选择、模拟仿真、装配封装等,实现了在10 Hz–100 Hz的范围内的高灵敏检波,灵敏度达到421.4 pm/g。加速度大小与波长漂移量具有较好的线性关系,线性度为99.43%,双光栅的应用使得传感器可以实现温度的自补偿,为井下高温环境的振动测量提供了参考。4.首次将遗传算法用于检波器参数优化,研制了一种基于铰链结构的高频加速度检波器,实现了100 Hz–1800 Hz范围内的宽频带检波,灵敏度为18.02 pm/g。5.研制了一种基于弯曲伸张结构的中低频FBG加速度检波器,谐振频率为60Hz,灵敏度为1037.9 pm/g。并进行了相应的三分量优化设计,实现了三分量振动加速度在10 Hz–60 Hz内的高灵敏感测:其中SX=1197.82 pm/g,YS=1157.78 pm/g,SZ=1223.04 pm/g。三个分量还具有较好的一致性、抗横向干扰特性和方向响应。6.基于遗传算法研制了一种细径三分量检波器,使其具备使用单根光纤无弯折地实现三分量测量的能力,其中用于测量X、Y分量的铰链结构谐振频率为fX,Y=125 Hz,灵敏度为SX=401.88 pm/g,YS=413.58 pm/g,用于测量Z分量的三叉弹片结构的谐振频率为fZ=120 Hz,灵敏度为SZ=402.075 pm/g,三者具有基本一致的幅频特性和灵敏度。7.从三分量装配工艺、提高地震波与检波器间耦合效率、确保预应力精确施加等工程应用问题入手,对井间三分量光纤检波器的性能优化提出了一系列方案。