CN111538107B - 用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置和方法，该装置包括：缸体、支撑平板、支撑架、信号发生器、扬声器、光缆、分布式声波检测模块、压电水听器和示波器。缸体用于盛放提供测试环境的液体；支撑平板和支撑架用于放置被测光缆；信号发生器和扬声器用于发出测试所需声波；光缆和压电水听器分别接收声波，再由分布式声波检测模块和示波器对声波进行转换处理，最后获得光缆的灵敏度。通过支撑平板和支撑架改变光缆的放置方向获得光缆在不同方向上的灵敏度。使用本申请装置和方法能够方便的选择出性能更优、适应性更强的光缆，进而实现对井下地震声波的精确监测。

Description

用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置和方法

技术领域

本发明属于光缆领域，尤其涉及一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置和方法。

背景技术

垂直地震剖面技术(VSP)近年来被广泛用于石油勘探领域，该技术主要是在井孔不同深度处布置一些多级多分量检波点以监测井中地震声波，通过声波监测系统测量井中地震声波，以此来了解地层信息。目前常用的声波监测系统主要有分布式声波监测系统，分布式声波监测系统利用一根光缆放置到井中一定深度，利用光缆对声波的获取和传送功能，实现对丼中地震声波的监测，并且可以做到获取丼中每一点位置处地震声波信息。

分布式声波监测系统的关键在于光缆，光缆类型不同会限制丼中地震声波信息的探测，另外光缆对于不同方向上传来的地震声波的响应也会限制对地震声波信息接收的完整。现有技术中对光缆类型的选择已有初步研究，但是光缆对地震声波信息接收的灵敏度，尤其是对不同方向上传来的地震声波的接收灵敏度缺乏有效的测试方法。

因此，亟需一种对光缆在不同方向上传来的地震声波的接收灵敏度的测试装置和方法，用以选择性能更优、适应性更强的光缆，使得分布式声波监测系统更加精确的实现对井下地震声波的监测。

发明内容

本发明提供了一种用于测试光缆在不同方向灵敏度的装置和方法，用以实现光缆对不同方向上传来声波的接收灵敏度的测试。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，该装置包括：缸体、支撑平板、支撑架、信号发生器、扬声器、光缆、分布式声波检测模块、压电水听器和示波器；

所述缸体，用于盛放液体，所述液体用于提供测试光缆不同方向灵敏度的测试环境；

支撑平板，放置在所述缸体中，用于放置所述光；

支撑架与所述支撑平板活动连接，用于支撑所述支撑平板，所述支撑平板可以绕所述支撑平板与所述支撑架的连接部位转动；

所述信号发生器，用于发出声压信号；

所述扬声器，放置在所述缸体内，与所述信号发生器连接，用于接收所述声压信号并发出声波；

所述光缆，用于接收所述声波，并将所述声波转换为光信号，然后将所述光信号传输到所述分布式声波检测模块；

所述分布式声波检测模块，与所述光缆连接，用于将所述光信号转换为第一电信号，解调所述第一电信号，得到相位弧度值；

所述压电水听器，用于探测和转换所述光缆位置处的所述声波，输出第二电信号；

所述示波器，与所述压电水听器连接，用于检测得到所述第二电信号的幅值。

优选地，所述支撑架为U型结构，与所述支撑平板连接处设置有弧形螺孔，所述弧形螺孔用于实现所述支撑架与所述支撑平板的活动连接以及所述支撑平板的上下转动。

优选地，所述支撑平板为壳型结构，内置多条沟槽，所述光缆沿所述沟槽盘旋放置。

优选地，所述支撑平板相对的两个侧面中间位置设有螺孔，用于与所述弧形螺孔对应。

优选地，所述弧形螺孔标记有弧度刻度。

根据本发明实施例的第二方面提供的一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的方法，采用本发明实施例第一方面提供的一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，所述方法包括：

利用支撑平板和支撑架将光缆固定；

利用信号发生器给定声压信号；

利用扬声器将所述声压信号转换为声波；

所述光缆接收所述声波，并将所述声波转换为光信号；

利用分布式声波检测模块将所述光信号转换为第一电信号，并获得所述第一电信号的第一相位弧度值；

利用压电水听器探测所述光缆处所述声波并转换为第二电信号；

利用示波器检测得到所述第二电信号的第一幅值；

改变所述声压信号的强度，获得所述第一电信号的第二相位弧度值和所述第二电信号的第二幅值；

基于所述第一相位弧度值、所述第二相位弧度值和所述第一幅值、所述第二幅值，获得所述光缆的灵敏度。

进一步地，获得所述光缆的灵敏度之后，所述方法还包括：

改变所述光缆的放置方向，测试获得所述光缆在所述放置方向上的灵敏度。

进一步地，所述光缆的灵敏度为：

。

基于上述实施例可见，本发明实施例提供了一种用于测试光缆在不同方向灵敏度的装置和方法。该装置包括：用于盛放测试所需液体的缸体；支撑平板用于放置被测光缆，并支撑平板可以相对于支撑架上下转动，进而实现了被测光缆改变放置方向；信号发生器用于发出测试所需声压信号；扬声器用于接收声压信号并发出声波；被测光缆接收声波并将声波转换为光信号；分布式声波检测模块用于接收并解调光信号获得相位弧度值，此时的相位弧度值表示光缆对声波的采集响应；另一方面，压电水听器用于探测光缆处实际的声波并转换为第二电信号，采用示波器显示第二电信号的幅值；通过分布式声波检测模块获得的第一电信号相位弧度值和示波器显示第二电信号的幅值，获得光缆响应的灵敏度。利用置物架的可转动结构，改变光缆相对于扬声器所发出的声波的方向，得到光缆不同方向的响应灵敏度。本申请的测试装置和方法实现了光缆不同方向灵敏度的测试，具有方便、灵活性高的特点；通过本测试装置和方法能够选择性能更优、适应性更强的光缆，进而更加精确的实现对井下地震声波的监测。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于测试光缆在不同方向灵敏度的装置组成示意图；

图2a和2b为本发明实施例提供的一种支撑平板结构示意图，其中，图2a为支撑平板俯视图、图2b为支撑平板主视图；

图3a和3b为本发明实施例提供的一种支撑架结构示意图，其中，图3a为支撑架左视图、图3b为支撑架主视图；

图4为本发明实施例提供的一种用于测试光缆在不同方向灵敏度的方法流程图。

标号说明：1-缸体、2-支撑平板、21-沟槽、22-穿线孔、23-螺孔、3-支撑架、31-弧形螺孔、4-信号发生器、5-扬声器、6-光缆、7-分布式声波检测模块、8-压电水听器、9-示波器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种用于测试光缆在不同方向灵敏度的装置组成示意图，如图1所示，该装置包括缸体1、支撑平板2、支撑架3、信号发生器4、扬声器5、光缆6、分布式声波检测模块7、压电水听器8和示波器9。

具体的，缸体1为木桶、铁桶等，用于盛放液体，液体用于提供测试光缆不同方向灵敏度的测试环境，液体为水或者石油等。

支撑平板2，放置在缸体1中，用于放置光缆6。测试光缆6在不同方向的灵敏度时，需要将光缆6放置在液体测试环境中，因此支撑平板2用于放置光缆6，以便更好地进行测试工作。

图2a和2b为本发明实施例提供的一种支撑平板结构示意图，其中，图2a为支撑平板俯视图、图2b为支撑平板主视图，如图2a所示，支撑平板2包括多条沟槽21和两端的两个穿线孔22。光缆6在不同方向灵敏度的测试时，光缆6的受测长度范围越大测试结果越准确，如果将光缆6单根的直线放置则会需要较长的支撑平板2，显然是受限的；另外，一个信号发生点发出的信号在传输到较远的位置时会受到环境等的干扰发生偏差，因此光缆6离信号发生点较远的一端接收到的信号准确性会受到影响。基于对上述问题的考虑，本发明给出优选方案，优选地方案为，支撑平板2为壳型结构，内置多条沟槽21，光缆6沿沟槽21盘旋放置，即光缆6从一端的穿线孔22进入，然后沿沟槽21由内到外绕圈放置，最后从另一端穿线孔22穿出。沟槽21的设置可以在有限的空间内将更大长度的光缆6放置在支撑平板2上，且空间长度和宽度都较为适中，使得光缆6获得的信号较为准确，因此，可以获得更加准确的测试结果。如图2b所示，支撑平板2相对的两个侧面中间位置设有螺孔23，用于与弧形螺孔31对应。

为了更好地模拟实际应用环境和更好地实现对光缆6方向的改变，需要将光缆6离开缸体1的底部放置，因此设置支撑架3用于实现上述技术目标。支撑架3与支撑平板2活动连接，用于放置支撑平板2，支撑平板2可以以支撑平板2与支撑架3的连接部位为支点，在垂直于支撑架3的平面内转动。

图3a和3b为本发明实施例提供的一种支撑架结构示意图，其中，图3a为支撑架左视图、图3b为支撑架主视图。如图3 a和3b所示，支撑架3为U型结构，U型的开口与支撑平板2的宽度相匹配；支撑架3与支撑平板2连接处设置有弧形螺孔31，弧形螺孔31用于实现支撑架3与支撑平板2的活动连接以及支撑平板2的上下转动。弧形螺孔31中间为圆形，与平板支撑2中间的一个螺孔23对应，采用可活动螺钉将弧形螺孔31的圆形螺孔与平板支撑2中间的螺孔23（如图2b）连接，用于实现支撑平板2与支撑架3活动连接。弧形螺孔31的对称的弧形螺孔31与平板支撑2的螺孔23（如图2b）一一对应，采用活动螺钉将其连接后，螺钉可以在弧形螺孔31内活动，进而实现支撑平板2可以绕支撑平板2与支撑架3的连接部位上下转动。另外，在支撑板2相对支撑架3上下转动时为了更好地控制和记录转动角度，本发明实施例提供一种弧形螺孔31标记有弧度刻度。

测试光缆6在不同方向灵敏度时需要提供一个声压信号，因此设置信号发生器4，用于发出声压信号，并将声压信号传输至扬声器5。

光缆6可以接收的信号为声波信号，因此需要信号发生器4发出的声压信号转换为声波信号。因此设置扬声器5，放置在缸体1内，与信号发生器4连接，用于接收声压信号并发出声波。进一步地，扬声器5可以在缸体1内移动，当声波信号和光缆6的方向不变时，扬声器5从一个位置沿以支撑架3放置中心点为圆心的圆移动，可以实现改变光缆6接收声波在水平面上的方向。

光缆6放置在支撑平板2上，用于接收扬声器5发出的声波，并将声波转换为光信号，然后将光信号传输到分布式声波检测模块7。

分布式声波检测模块7，与光缆6连接，用于将光缆6传输的光信号转换为第一电信号，然后解调第一电信号，得到相位弧度值。分布式声波检测模块7得到的第一电信号的相位弧度值反映了光缆6对扬声器5发出声波的接收。

另一方面，用压电水听器8探测扬声器5发出的声波在光缆6位置处实际的声波信号，然后将探测到的声波信号转换为第二电信号，并将第二电信号输出到示波器9。

示波器9与压电水听器8连接，用于检测得到第二电信号的幅值。第二电信号的幅值反映了扬声器5发出的声波在光缆6位置处的实际强度。

基于上述实施例提供的用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，本发明实施例还提供一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的方法。图4为本发明实施例提供的一种用于测试光缆在不同方向灵敏度的方法流程图，如图4所示，该方法具体包括以下步骤。

S01：利用支撑平板和支撑架将光缆固定。

S02：利用信号发生器给定声压信号。

S03：利用扬声器将声压信号转换为声波。

S04：光缆接收声波，并将声波转换为光信号。

S05：利用分布式声波检测模块将光信号转换为第一电信号，并获得第一电信号的第一相位弧度值。

S06：利用压电水听器探测光缆处声波并转换为第二电信号。

S07：利用示波器检测得到第二电信号的第一幅值。

S08：改变声压信号的强度，获得第一电信号的第二相位弧度值和第二电信号的第二幅值。

在光缆接收的声波信号相对光缆的方向不变的情况下，通过改变声压信号的强度的获得第一电信号的第一相位弧度值和第二相位弧度值、第二电信号的第一幅值和第二幅值。

S09：基于所述第一相位弧度值、所述第二相位弧度值和所述第一幅值、所述第二幅值，获得光缆的灵敏度。

光缆的灵敏度为：

。

在计算灵敏度时，理想情况下声压信号强度为0时获得的相位弧度值和幅值都为0，则给定声压信号的一个强度值获得的相位弧度值和幅值的比值即为光缆对声压信号的反应灵敏度，但是实际操作中理想情况很难实现，因此通过改变声压信号的强度获得不同的相位弧度值和幅值，然后采用相位弧度值的差值与幅值的差值比值作为灵敏度，可以避免灵敏度直线不过原点时造成的测量误差。

S10：改变光缆的放置方向，测试获得光缆在其放置方向上的灵敏度。

获得光缆的灵敏度之后，测试方法还包括：改变光缆的放置方向，测试获得光缆在其放置方向上的灵敏度。

本说明书中的实施例采用递进的方式描述。各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来， 而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，其特征在于，包括：缸体（1）、支撑平板（2）、支撑架（3）、信号发生器（4）、扬声器（5）、光缆（6）、分布式声波检测模块（7）、压电水听器（8）和示波器（9）；

所述缸体（1），用于盛放液体，所述液体用于提供测试光缆（6）不同方向灵敏度的测试环境；

支撑平板（2），放置在所述缸体（1）中，用于放置所述光缆（6）；

支撑架（3）与所述支撑平板（2）活动连接，用于支撑所述支撑平板（2），所述支撑平板（2）可以绕所述支撑平板（2）与所述支撑架（3）的连接部位转动；

所述信号发生器（4），用于发出声压信号；

所述扬声器（5），放置在所述缸体（1）内，与所述信号发生器（4）连接，用于接收所述声压信号并发出声波；

所述光缆（6），用于接收所述声波，并将所述声波转换为光信号，然后将所述光信号传输到所述分布式声波检测模块（7）；

所述分布式声波检测模块（7），与所述光缆（6）连接，用于将所述光信号转换为第一电信号，解调所述第一电信号，得到相位弧度值；

所述压电水听器（8），用于探测和转换所述光缆（6）位置处的所述声波，输出第二电信号；

所述示波器（9），与所述压电水听器（8）连接，用于检测得到所述第二电信号的幅值。

2.根据权利要求1所述的用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，其特征在于，所述支撑架（3）为U型结构，与所述支撑平板（2）连接处设置有弧形螺孔（31），所述弧形螺孔（31）用于实现所述支撑架（3）与所述支撑平板（2）的活动连接以及所述支撑平板（2）的上下转动。

3.根据权利要求1所述的用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，其特征在于，所述支撑平板（2）为壳型结构，内置多条沟槽（21），所述光缆（6）沿所述沟槽（21）盘旋放置。

4.根据权利要求2所述的用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，其特征在于，所述支撑平板（2）相对的两个侧面中间位置设有螺孔（23），用于与所述弧形螺孔（31）对应。

5.根据权利要求2所述的用于测试光缆在不同方向上灵敏度的装置，其特征在于，所述弧形螺孔（31）标记有弧度刻度。

6.一种用于测试光缆在不同方向上灵敏度的方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的光缆不同方向灵敏度的测试装置，所述方法包括：

利用支撑平板和支撑架将光缆固定；

利用信号发生器给定声压信号；

利用扬声器将所述声压信号转换为声波；

所述光缆接收所述声波，并将所述声波转换为光信号；

利用分布式声波检测模块将所述光信号转换为第一电信号，并获得所述第一电信号的第一相位弧度值；

利用压电水听器探测所述光缆处所述声波并转换为第二电信号；

利用示波器检测得到所述第二电信号的第一幅值；

改变所述声压信号的强度，获得所述第一电信号的第二相位弧度值和所述第二电信号的第二幅值；

基于所述第一相位弧度值、所述第二相位弧度值和所述第一幅值、所述第二幅值，获得所述光缆的灵敏度，所述光缆的灵敏度为：

；

改变所述光缆的放置方向，测试获得所述光缆在所述放置方向上的灵敏度。

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