CN106932027A - 集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，包括耐压舱体，所述耐压舱体通过隔水板分为独立的两个空间，一个空间内设置有光纤式三分量振动检波器，穿舱连接器将光纤式三分量振动检波器输入输出光纤导通；另一个空间内设置有光纤式水位计，且该侧空间设置有进水管，将外界被测水压导入光纤式水位计内，实现海底环境X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体。本发明填补了适合于海底环境应用的集X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体的光纤式传感装置的研制的空白。

Description

集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置

技术领域

本发明涉及海底地震及水位监测技术领域，具体涉及一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置。

背景技术

国内外一般光纤传感的技术研发已趋于完善，但特殊应用研究仍在进行中，尤其是高温、高压或其他特殊应用环境下，光纤传感器的研制和应用仍存在一定难度。海底环境变幻莫测、生态复杂，未知因素较多，亟需先进的探测技术装置。近几年来，国际上美国、加拿大、日本等国家已经着手将光纤传感应用于海底测量领域(Rach N.2009Norwegianspursue ocean bottom seismic Explor.Prod.28October)；国内目前也有单位正在研制应用于复杂环境探测的光纤传感器，比如，N.Zeng等人报道的用于井下测量的光纤加速度计(N.Zeng et.al.A3-component fiber-optic accelerometer for well logging.OpticsCommunications234(2004)153–162)。

但是上述的研究均针对于某个功能的探测，而适合于海底环境应用的集X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体的光纤式传感装置的研制仍处于空白。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，本发明基于海底环境的复杂性、地震海啸监测的需求性、以及光纤传感技术的独特优越性将海底环境X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测集于一体，能够实现海底地震海啸预警监测的多参数测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，包括耐压舱体，所述耐压舱体通过隔水板分为独立的两个空间，一个空间内设置有光纤式三分量振动检波器，穿舱连接器将光纤式三分量振动检波器输入输出光纤导通；另一个空间内设置有光纤式水位计，且该侧空间设置有进水管，将外界被测水压导入光纤式水位计内，实现海底环境X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体。

进一步的，所述光纤式三分量振动检波器包括X方向、Y方向和Z方向三个方向的单分量检波器，三个单分量的检波器分别沿三个正交方向摆放组成光纤式三分量振动检波器，对海底地震引起的X、Y、Z三维方向上的振动进行监测。

进一步的，所述耐压舱体的端面设置有端盖。

进一步的，所述端盖与耐压舱体通过螺纹连接，且连接处设置有多层密封圈进行密封。

进一步的，耐压舱体与端盖均采用钛合金制作，以具有耐压和耐腐蚀的作用。

进一步的，所述隔水板与耐压舱体通过螺纹连接，且连接处设置有多层密封圈进行密封。

进一步的，所述进水管为不锈钢材料，并利用螺纹固定在端盖上，使用密封圈密封。

进一步的，穿舱连接器将光纤式三分量振动检波器所需用的光纤用密封胶灌封在穿舱连接器内，并在装配时将穿舱连接器两端的尾纤分别与海缆和光纤式三分量振动检波器上的光纤熔接。

进一步的，所述光纤通过端盖延伸出耐压舱体，汇集于海缆，且其与端盖的接触处设置有海缆夹持机构，将海缆锁紧在端盖处。

进一步的，所述海缆夹持机构外侧设置有由弹性材料制备的弯曲限制器，限制光缆的弯曲半径，以保护海缆在运输或布放过程中，不会因弯曲角度过大而导致海缆折断或受损。

进一步的，所述海缆夹持机构和弯曲限制器均为锥形结构。

进一步的，所述耐压舱体内设置有若干套光纤式三分量地震检波器及光纤式水位仪，以实现传感装置的工作可靠冗余性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)光纤式三分量振动检波器、光纤式水位仪共四个传感单元分别固定在精密加工的耐压舱体内，通过螺丝紧固在左端盖、右端盖上；隔水板将光纤式三分量振动检波器与光纤式水位计隔离，确保二者独立工作；

(2)海缆夹持机构将光缆紧密连接耐压舱体；弯曲限制器限制光缆的弯曲半径，起到保护光缆的作用；

(3)本发明保证在一定水压情况下传感单元受到强度保护、抗腐蚀保护及密封隔水保护，传感单元完全与海水隔离，不受海水和其它介质的侵蚀，保证了其工作可靠性；

(4)本发明为了进一步提高传感装置的工作可靠冗余性，在壳体内分别安装有两套光纤式三分量地震检波器及光纤式水位仪；

(5)本发明填补了适合于海底环境应用的集X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体的光纤式传感装置的研制的空白。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是光纤式三分量地震检波器放置结构图。

其中：1、耐压舱体，2、左端盖，3、右端盖，4、隔水板，5、光纤式三分量振动检波器，6、光纤式水位仪，7、进水管，8、穿舱连接器，9、海缆夹持机构，10、弯曲限制器，11、检波器支撑底座，12、光纤连接法兰盘，13、X方向检波器，14、Y方向检波器，15、Z方向检波器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在适合于海底环境应用的集X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体的光纤式传感装置的研制仍处于空白的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，集四分量于一体的光纤式海底地震及水位传感装置由耐压舱体(1)、左端盖(2)、右端盖(3)、隔水板(4)、光纤式三分量振动检波器(5)、光纤式水位仪(6)、进水管(7)、穿舱连接器(8)和海缆夹持机构(9)、弯曲限制器(10)组成。

集四分量于一体的光纤式海底地震及水位传感装置，其整体结构如图1所示。耐压舱体、左端盖、右端盖及隔水板均采用钛合金制作，钛合金是最耐海水腐蚀的材料，耐海水腐蚀速度为0.00016mm/y，使用寿命设计为25年，为传感装置的长期工作提供保障，整体的外形尺寸设计为Φ500mm×1000mm。内壁厚度有台阶，可以分别与左端盖、右端盖和隔水板进行配合，左端盖、右端盖和隔水板与舱体的固定利用螺纹连接，且均采用多层O形圈进行密封。隔水板是为了防止水位仪渗水影响地震检波器的工作而设计的，安装在耐压舱体中间，将耐压舱体分为两部分，两部分各自独立密封。

光纤式三分量振动检波器如图2所示，包括检波器支撑底座(11)，光纤连接法兰盘(12)、X方向检波器(13)、Y方向检波器(14)、Z方向检波器(15)，三个单分量的检波器分别沿三个正交方向摆放组成光纤式三分量振动检波器，其底部利用螺钉固定安装在壳体左端盖上，对海底地震引起的X、Y、Z三维方向上的振动进行监测。

光纤式水位仪利用螺纹连接在进水管上，对海水水位变化进行实时监测，且为了避免造成电化学腐蚀，进水管采用与水位仪一致的不锈钢材料，并利用螺纹固定在右端盖上，使用O形圈密封，在与端盖外部接触部位灌封硫化胶，以保证不锈钢、钛合金与海水间的隔离。穿舱连接器先将光纤式三分量振动检波器所需用的光纤用密封胶灌封在连接器内，并在装配时将连接器两端的尾纤分别与海缆和光纤式三分量振动检波器上的光纤熔接。海缆夹持机构是将双层外铠钢丝的海缆锁紧在右端盖上的锥体，保证传感装置受到海缆拉力时不会拉脱，且在受拉时不影响传感器正常工作。弯曲限制器由高强度防撕裂橡胶材料制作，保护海缆在运输或布放过程中，从装置引出的海缆不会因弯曲角度过大而导致海缆折断或受损。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：包括耐压舱体，所述耐压舱体通过隔水板分为独立的两个空间，一个空间内设置有光纤式三分量振动检波器，穿舱连接器将光纤式三分量振动检波器输入输出光纤导通；另一个空间内设置有光纤式水位计，且该侧空间设置有进水管，将外界被测水压导入光纤式水位计内，实现海底环境X方向、Y方向、Z方向振动监测及水位监测于一体。

2.如权利要求1所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述光纤式三分量振动检波器包括X方向、Y方向和Z方向三个方向的单分量检波器，三个单分量的检波器分别沿三个正交方向摆放组成光纤式三分量振动检波器，对海底地震引起的X、Y、Z三维方向上的振动进行监测。

3.如权利要求1所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述耐压舱体的端面设置有端盖。

4.如权利要求3所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述端盖与耐压舱体通过螺纹连接，且连接处设置有多层密封圈进行密封；或，耐压舱体与端盖均采用钛合金制作，以具有耐压和耐腐蚀的作用。

5.如权利要求1所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述隔水板与耐压舱体通过螺纹连接，且连接处设置有多层密封圈进行密封；或，所述进水管为不锈钢材料，并利用螺纹固定在端盖上，使用密封圈密封。

6.如权利要求1所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：穿舱连接器将光纤式三分量振动检波器所需用的光纤用密封胶灌封在穿舱连接器内，并在装配时将穿舱连接器两端的尾纤分别与海缆和光纤式三分量振动检波器上的光纤熔接。

7.如权利要求1所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述光纤通过端盖延伸出耐压舱体，汇集于海缆，且其与端盖的接触处设置有海缆夹持机构，将海缆锁紧在端盖处。

8.如权利要求7所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述海缆夹持机构外侧设置有由弹性材料制备的弯曲限制器，限制光缆的弯曲半径，以保护海缆在运输或布放过程中，不会因弯曲角度过大而导致海缆折断或受损。

9.如权利要求8所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述海缆夹持机构和弯曲限制器均为锥形结构。

10.如权利要求1所述的一种集四分量于一体的光纤式海底振动及水位传感装置，其特征是：所述耐压舱体内设置有若干套光纤式三分量地震检波器及光纤式水位仪。