CN101782658A - 双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构 - Google Patents

Abstract

本发明为双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构，包括单模光纤(1)，光纤Bragg光栅(2)，中间开孔型梁(3)，质量块(4)，L型垂直梁(5)，调整螺栓(6)，固定螺栓(7)。将单模光纤(1)，光纤Bragg光栅(2)用高强度胶水粘贴于质量块两侧垂直的L型垂直梁(5)上，L型垂直梁(5)通过固定螺栓(7)固定在带有质量块(4)的中间开孔型梁(3)上，通过调整螺栓(6)可调整两个L型垂直梁(5)的间距，进而可调整光纤Bragg光栅(2)的预应力。本发明方法利用了光学波长传感的高精度，消除了传统磁感应式检波器的磁滞回效应。本发明的效果是：该检波器探头可以适用大量的复用，成本较低、精度及动态范围满足深层和高分辨率地震勘探。

Description

双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构

技术领域

本发明为双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构，特别是用于检测地震勘探振动信号。

背景技术

地震勘探技术不仅广泛用于石油和矿产资源勘探，而且还广泛用于地质灾害(山体滑坡、地面塌陷等)调查、水文(寻找水源等)勘察、工程质量(大坝质量检测等)探测等方面，是依据地层岩石对地震波的弹性反射、折射、绕射或频散等现象及其动力学特征特性，通过人工激发地震或利用地质应力场的变化引起的微地震，根据地震波传播特性，用地震检波器单元在地面或井中采集来自地下目标体反射、折射、绕射或频散的信号，经采集站传输到地震仪记录下来，通过计算机对所记录的信号进行技术处理和地质解释，推断地质差异体的结构、构造，预测油气储层或工程体等。检波器是一种将振动信号转换为可检测信号的转换装置，在地震勘探中起关键作用，其对地震信号的响应，应该具有理想的频带和尽可能大的动态范围。

目前，在地震勘探中使用的常规检波器的动态范围最大不超过60dB，不能满足高分辨率、大动态范围地震勘探的需要，急需一种能满足高分辨率地震勘探的地震检波器。

发明内容

本发明的目的在于：利用光纤光栅作为传感器件，提供一种在地震勘探或振动检测中检测包含目标信息的振动信号的检测探头，将包含目标信息的振动信号精确的转化为可识别的信号，预测目标体的性能，为后续作业提供指导。

本发明是一种新型的并具有很好的灵敏度的地震检波器探头，利用光纤光栅作为基本传感器件，采用简支梁加L型梁结构，对目标体的振动进行传感测量。通过大量的检索结果表明，目前尚没有与本发明完全一致的光纤光栅地震检波器探头的专利报道。

本发明公开了一种新型的光纤光栅地震检波器探头，本发明是通过以下技术方案实现的：

这种新型的光纤光栅地震检波器探头，包括单模光纤、光纤布拉格光栅、中间开孔型梁、质量块、L型垂直梁、调整螺栓、固定螺栓；其特点是：将光纤光栅用高强度胶水粘贴于质量块两侧垂直的L型梁上，质量块可沿着垂直方向(y方向)运动。

本发明所涉及的光纤光栅地震检波器探头是由一个中间带孔的简支梁、一个质量块、两个L型垂直梁以及相关的组件组成。将光纤光栅用高强度胶水粘贴与两垂直L型梁上，其中光栅位于两个L型梁之间，质量块穿过中间带孔的简支梁连接，质量块被限制在只能沿着与简支梁垂直方向(y方向)运动。根据弹性力学原理可知，当简支梁中间受垂直作用力时候，梁将发生弯曲，简支梁将产生一个与施加作用力方向相反的弹性力。检波器探头与被检测物体相连，当被测物体的加速度沿着y方向的分量为a时，质量块m上所受惯性力大小为F＝ma。惯性力的作用使得简支梁的两侧发生弯曲，再通过固定于简支梁两侧的垂直L型梁大灵敏度放大作用，带动传感光栅伸长压缩，传感光纤光栅中心波长也随之产生漂移。通过解调设备检测光纤光栅中心波长漂移量的大小，可以推知物体的振动参数。

将振动信号转化为光信号是由检波器完成的，将光信号转化为电信号是由解调方法和解调电路来完成的。

检波器是用布拉格光栅作传感器感测振子的相对位移变化，只要把振子的位移转化为光栅的应变，测量光栅的波长变化就可知道外激励振动情况，光栅的应变是随着外激励加速度变化而变化的。

输出的电信号与外激励振动信号成正比线性关系。

附图说明

图1为本发明的光纤布拉格光栅地震检波器示意图。

图2为本发明的光纤布拉格光栅地震检波器质量块示意图。

图3为本发明的光纤布拉格光栅地震检波器简支梁弹片示意图。

图4为本发明的光纤布拉格光栅地震检波器垂直L型梁示意图。

图中，1-单模光纤；2-光纤布拉格光栅；3-中孔的简支梁；4-质量块；5-垂直的L型梁；6-调整螺栓；7-固定螺栓；

具体实施方式

为了充分说明本发明，接下来将结合附图和实施例子对本发明的新型进一步的详细说明。

对横向拉伸光纤布拉格光栅法地震检波器，这种光纤光栅地震检波器探头，包括单模光纤(1)、光纤布拉格光栅(布拉格光栅带宽要求小于0.2nm，长度最好小于10mm)(2)、中间开孔型梁(3)、质量块(4)、L型垂直梁(5)、调整螺栓(6)、固定螺栓(7)，为了增大阻尼比，在质量块与外壳环形空间充填粘性硅油。其特征在于：将光纤光栅(1、2)用高强度胶水粘贴于质量块两侧垂直的L型梁上，通过调整螺栓(6)调整光纤的初始应力状况，质量块可沿着垂直方向运动，当简支梁发生形变的时候，会使得垂直的L型梁之间的距离发生变化，从而固定在梁两侧的光栅发生形变，得到中心波长的漂移。

实施例：

光纤布拉格光栅2的自由状态中心波长为1550.139nm，中心峰值反射率大于90％，3dB带宽为154pm。简支梁3的材料为磷青铜，长度为29.4mm，宽度为6mm，最厚处厚度为1.2mm，较薄处厚度为0.8mm。质量块材料为铜，质量为6.6g。垂直于简支梁表面的L型梁材料为45#钢。光纤光栅2粘贴于两个L型梁5的端面处，并有一定的预应力。

封装探头的时候，调整螺栓一直处于工作状态，并调整螺栓使得两L型梁之间的距离较近。当粘贴好光栅之后，开始调节调整螺栓，使得两L型梁之间的距离增加，当调整到预定的应变时候，开始紧固固定螺栓，固定好之后，退出调整螺栓。

在测试的时候，将光纤光栅地震检波器探头与被测物体连接，把本检波器探头上的光纤1连接到光栅波长解调仪上，仪器根据光纤光栅波长漂移的变化，从而得到振动源的振动信息。

Claims (5)

1.双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构，包括单模光纤(1)，光纤Bragg光栅(2)，中间开孔型梁(3)，质量块(4)，L型垂直梁(5)，调整螺栓(6)，固定螺栓(7)。将单模光纤(1)，光纤Bragg光栅(2)用高强度胶水粘贴于质量块两侧垂直的L型垂直梁(5)上，L型垂直梁(5)通过固定螺栓(7)固定在带有质量块(4)的中间开孔型梁(3)上，通过调整螺栓(6)可调整两个L型垂直梁(5)的间距，进而可调整光纤Bragg光栅(2)的预应力。当外界发生振动时，质量块可沿着垂直方向运动。

2.根据权利要求1所述的双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构，其特征在于，它包括一个能感测光信号变化的光纤布拉格光栅、振动质量块、振动弹性系统及两个与中间开孔型梁垂直的L型梁。

3.根据权利要求1所述的双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构，其特征在于，光纤Bragg光栅设计为水平方向上直接拉伸压缩方式，弹片为中间形状多样，两端固定的梁，材料为磷青铜。

4.根据权利要求1所述的双L型光纤Bragg光栅地震检波器探头结构，其特征在于，形状为圆柱形，或方形，或圆锥型，由上下两部分组成。

5.根据权利要求1，阻尼可以设计为在振动质量块与外壳之间充填特殊粘度的硅油。

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