CN103176205A - 宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构，包括L型悬臂梁(1)，光纤Bragg光栅1(2)，等强度梁(3)，外壳(4)，光纤Bragg光栅2(5)，支撑架(6)，质量块(7)。该结构旨在解决地震勘探中检波器灵敏度不高、动态范围较小的问题。该振子与其他类型的振子相比，它利用封装在不同结构上的两根光纤光栅同时对地震信号进行采集，由于采用了不同的振动结构、集成了光纤光栅拉伸法和粘贴法的优点，因而具有更好的灵敏度和结果可靠性。通过对两根光纤光栅上得到的振动信号进行合成，能够扩大其在地震勘探领域的应用范围和实用性。

Description

宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构

技术领域

本发明涉及一种地震波的采集装置，是一种高灵敏度、宽频带、抗电磁干扰的双光纤光栅地震检波器的振子结构。

背景技术

地震勘探是油气勘探的一种重要技术手段，是通过人工方式激发地震波，研究地震波在地层中的传播规律，进而了解地下地质情况的一种勘探方法。地震勘探按其操作流程可分为野外资料采集，室内资料处理和地震资料解释三个环节，野外资料采集是后面两个环节的基础和关键，而地震检波器又是野外资料采集的基础和关键，因此，其性能的好坏直接关系到资料处理和解释的质量。地震波在传播过程中，能量损耗非常严重，结果会造成浅层反射波和深层反射波的能量差别极大，可达百万倍，即相差120dB。当前，地震勘探使用的检波器主要是动圈式速度检波器、压电式加速度检波器、变容式微机电加速度检波器。这些检波器的主要缺点是灵敏度低、频带窄、抗电磁干扰能力差。目前地震仪的动态范围已经达到120dB以上，可以满足记录微弱的地下反射信号的要求，但是，常规地震检波器的动态范围只能达到50～60dB，这显然不能满足对微弱的深层和高频地震信号进行检测的要求，也浪费了地震仪的记录能力。此外，这些地震检波器的频带较窄，不能满足宽频地震勘探的要求。上述缺点限制了高分辨率地震勘探的可能性，制约了地震勘探技术的发展和应用。而光纤光栅作为一种良好的传感元件，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、可实现分布式测量等优点，能够对微弱振动信号进行检测，光纤光栅地震检波器正是在这样的背景下提出来的。对于悬臂梁结构的地震检波器而言，其灵敏度和频带宽度之间存在相互制约的关系，为了很好的解决这一矛盾，即在保证光纤光栅地震检波器灵敏度的前提下，提高其测量的频带宽度，特提出基于不同结构的双光纤光栅地震检波器方案。

在传感器的结构设计上，利用光纤Bragg光栅实现对加速度的测量有多种结构形式，目的是使光纤Bragg光栅产生应变。通常利用悬臂梁的受力把加速度量转换为应变量，再转化为Bragg波长的变化，即通过检测波长的变化实现对加速度的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高灵敏度、宽频带的基于不同结构的双光纤光栅振子结构，解决目前地震检波器灵敏度低和频带窄的问题。

本发明包括L型悬臂梁(1)，光纤Bragg光栅1(2)，等强度梁(3)，外壳(4)，光纤Bragg光栅2(5)，支撑架(6)，质量块(7)。

等强度梁(3)一端与外壳(4)固定连接，一端与质量块(7)连接，光纤Bragg光栅1(2)粘贴在梁上并通过左侧小孔引出。L型悬臂梁(1)一端与外壳(4)固定连接，光纤Bragg光栅2(5)的两端分别与L型悬臂梁(1)上面的支点和外壳(4)右上方的支点固定，其中光纤Bragg光栅2(5)从外壳(4)右上方的小孔中引出。

本发明L型悬臂梁上的光纤光栅和等强度梁上的光纤光栅均为掺锗光纤光栅，其波长范围为1515-1590nm。

本发明的两根传感光栅的中心波长相同。

本发明的外形结构为圆柱体。

本发明基于不同结构的双光纤光栅地震检波器的振子结构，其工作原理为：等强度梁在外界加速度的作用下会产生应变，由于光纤Bragg光栅1粘贴在等强度梁上，因此等强度梁上的应变会传递到光纤Bragg光栅1上使其中心波长产生漂移，可以通过调节梁的尺寸和质量块的大小来控制等强度梁结构的灵敏度和自然频率。L型悬臂梁在外部激振力的作用下，产生上下振动，L型悬臂梁的变形使悬臂梁上端与外壳的距离发生变化，从而引起对光纤Bragg光栅2的拉伸，使其中心波长产生漂移，该种结构属于拉伸法，灵敏度较高，主要用来检测高频微弱信号。

本发明基于不同结构的双光纤光栅地震检波器的振子结构具有如下优点：光纤Bragg光栅1对于低频信号具有很好的响应，光纤Bragg光栅2能够实现对高频信号的检测，通过对二者进行综合能够较好的提高振子对地震信号的宽频域检测。

附图说明

为了更清楚的阐述本发明的技术方案，现对附图1做简要的说明。根据附图1的结构，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，可根据此附图获得其他的附图。

具体实施方式

为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

通过调节等强度梁(封装了光纤Bragg光栅1)尺寸和质量块的大小来调节结构的自然频率和灵敏度(根据实际的地震勘探需求而定)，这一结构具有较好的灵敏度；用L型悬臂梁对光纤Bragg光栅2的拉伸方式来实现对高频微弱信号的检测。虽然两根光纤Bragg光栅都是用来检测相同的振动信号，但是它们分别是基于L型悬臂梁和等强度梁结构的，即反映地震波振动信号不同方面(低频和高频)的特征，因此，通过对这两根光纤光栅上得到的地震波信号做相应的数字信号处理，能够更好的反映地震波振动信号的完整信息，从而提高检测的灵敏度和频带宽度。

Claims (5)

1.宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构，本发明包括L型悬臂梁(1)，光纤Bragg光栅1(2)，等强度梁(3)，外壳(4)，光纤Bragg光栅2(5)，支撑架(6)，质量块(7)。

等强度梁(3)一端与外壳(4)固定连接，一端与质量块(7)连接，光纤Bragg光栅1(2)粘贴在梁上并通过左侧小孔引出。L型悬臂梁(1)一端与外壳(4)固定连接，光纤Bragg光栅2(5)的两端分别与L型悬臂梁(1)上面的支点和外壳(4)右上方的支点固定，其中光纤Bragg光栅2(5)从外壳(4)右上方的小孔中引出。

2.根据权利要求1所述的宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构，其特征在于，所述的振子系统由一个等强度梁(3)和一个L型悬臂梁(1)组成。

3.根据权利要求1所述的宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构，其特征在于，等强度梁上的光栅采用粘贴法安装，L型悬臂梁上的光栅采用直接拉伸法安装。

4.根据权利要求1所述的宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构，其特征在于，L型悬臂梁上的光纤光栅和等强度梁上的光纤光栅均为掺锗光纤光栅，其波长范围为1515-1590nm，两根传感光栅的中心波长相同。

5.根据权利要求1所述的宽频带光纤地震检波器的双光栅振子结构，其特征在于，其外形结构为圆柱体。

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