CN111928937A - 光纤震动传感探头及光纤微震监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤震动传感探头及光纤微震监测系统，该传感探头包括壳体，具有容置腔体；阻尼液或阻尼机构，容置于壳体的容置腔体内；至少一薄板悬臂梁，设置于容置腔体内，且薄板悬臂梁的固定端固定安装于所述壳体的壳壁；一对并列设置的光纤干涉仪，该光纤干涉仪的一端位于所述壳体外部作为光输入端，另一端伸入所述壳体内部并固定于所述薄板悬臂梁的表面；所述光纤干涉仪的伸入所述壳体内部的分段的内部沿光输入方向间隔设置有两个反射界面，通过控制所述一对光纤干涉仪中各自的两个反射界面的间距来使所述一对光纤干涉仪的相位差奇数倍π/2。本发明的光纤微震监测系统具有小型化、低成本、温度不敏感、高灵敏的特点，可应用于不同的应用场景。

Description

光纤震动传感探头及光纤微震监测系统

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及光纤震动传感探头及光纤微震监测系统。

背景技术

经济持续高速发展大大推动了我国资源开发和基础工程建设，大规模深部矿产资源开采、 水电建设与深埋隧道建设已成为我国采矿工业和基础工程发展的大势所趋。自二十世纪六十 年代以来，由于在矿山动力灾害、冲击地压、矿震、岩爆预警、煤与瓦斯突出预警、突水预 测、大坝边坡健康监测、油气勘测等领域得到规模应用并取得显著效益，微震监测技术越来 越受到关注和重视。对比传统电学震动传感器和微震监测系统，光纤震动传感器和光纤微震 监测系统具有高灵敏度、抗电磁干扰、本征安全、方便遥测和大规模组网等优点，可以在易 燃易爆、高温高湿等特殊场景中应用。

目前光纤微震监测系统按照传感机理和解调方案，主要分为强度型、光纤光栅型和干涉 型。强度调制型光纤微震监测系统结构简单，但是测量精度差，无法应用于微震监测场景。 光纤光栅型光纤微震监测系统适用于煤矿等软岩环境，但由于工作频率带宽较窄、分辨率差， 无法适用于金属矿山等硬岩环境的微震监测要求，且光纤光栅型光纤微震监测系统需要对温 度进行补偿，系统较复杂。干涉型光纤微震监测系统具有灵敏度高和工作频带可灵活设计的 优点，但通常需要高成本的窄线宽激光器和复杂的零差或者外差解调电路系统。因此，提供 一种，对于应力场扰动所诱发的微破裂和微震事件监测十分有意义。。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种小型化、低成本、温度不敏 感的光纤震动传感探头和测量精度高、结构简单、解调算法失真小的光纤微震监测系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光纤震动传感探头，所述光纤震动传 感探头包括：

壳体，具有容置腔体；

阻尼液或阻尼机构，容置于所述壳体的容置腔体内；

至少一薄板悬臂梁，设置于所述容置腔体内，且所述薄板悬臂梁的固定端固定安装于所 述壳体的壳壁；

一对并列设置的光纤干涉仪，所述光纤干涉仪的一端位于所述壳体外部作为光输入端， 另一端伸入所述壳体内部并固定于所述薄板悬臂梁的表面；

其中，在每个所述光纤干涉仪内，沿光入射方向间隔设置有两个反射界面，并且两个所述反 射界面位于对应的所述光纤干涉仪的位于所述壳体内部的分段上，通过控制所述一对光纤干涉 仪中各自的两个反射界面的间距来使所述一对光纤干涉仪的相位差奇数倍π/2。

在一可选实施例中，所述光纤震动传感探头还包括固定装置，设置于所述壳体的壳壁上， 所述薄板悬臂梁的固定端通过所述固定装置固定安装于所述壳体的壳壁上。

在一可选实施例中，所述光纤干涉仪包括依次设置且相互连接的第一光纤分段、第二光 纤分段和第三光纤分段；所述第二光纤分段具有中空管状结构，所述第一光纤分段的与所述 第二光纤分段连接的一端表面作为一个反射界面，所述第三光纤分段与所述第二光纤分段连 接的一端表面作为另一个反射界面。

在一可选实施例中，所述第一光纤分段包括单模光纤，所述第二光纤分段包括空心光纤， 所述第三光纤分段包括单模光纤、多模光纤、保偏光纤和无芯光纤中的任意一种。

在一可选实施例中，所述第三光纤分段的与所述第二光纤分段连接的一端表面镀有反射 膜，所述反射膜包括电介质膜、金膜、银膜或者铝膜。

在一可选实施例中，所述第三光纤分段的磨端面为粗糙面或加工成斜八度角。

在一可选实施例中，所述第一光纤分段的与所述第二光纤分段连接的一端表面镀有部分 反射模，所述部分反射膜包括电介质膜。

在一可选实施例中，所述光纤干涉仪的两个反射界面通过光纤微加工形成。

在一可选实施例中，所述光纤震动传感探头包括两个所述薄板悬臂梁以及两对光纤干涉 仪，两个所述薄板悬臂梁相互垂直设置，每个所述薄板悬臂梁上设置一对所述光纤干涉仪。

在一可选实施例中，所述光纤震动传感探头包括三个所述薄板悬臂梁以及三对光纤干涉 仪，三个所述薄板悬臂梁相互垂直设置，每个所述薄板悬臂梁上设置一对所述光纤干涉仪。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种光纤微震监测系统，所述光纤微震 监测系统包括：

至少一个如上述任意一项所述的光纤震动传感探头；

光传输单元；

光源单元，通过所述光传输单元与所述光纤震动传感探头连接，用于提供单波长激光；

微震信号解调单元，通过所述述光传输单元与所述光纤震动传感探头连接；

其中，所述微震信号解调单元接收所述光纤震动传感探头输出的光信号，经光电转换及 数据处理后拾取振动信号。

在一可选实施例中，所述光传输单元包括分光器、光纤环形器、光缆以及光纤跳线；所 述分光器的一端与所述光源单元连接，另一端通过光纤跳线与所述光纤环形器的一个端口连 接，所述光纤环形器的另一个端口依次通过所述光纤跳线及所述光缆与所述光纤震动传感探 头连接，所述光纤环形器的第三个端口与所述微震信号解调单元连接。

在一可选实施例中，所述微震信号解调单元包括依次通过信号线缆连接的光电平衡探测 器、数据采集装置以及数据处理装置，所述光电平衡探测器将所述微结构光纤震动传感探头 的输出的干涉光强转换成电压信号，经过所述数据采集装置采集后，送入所述数据处理装置 处理。

在一可选实施例中，所述光源单元包括半导体激光器或光纤激光器。

本发明的光纤震动传感探头具有小型化、低成本、温度不敏感的特定；

本发明的光纤震动传感探头的工作频率带宽和灵敏度可以根据悬臂梁的几何尺寸来进行 灵活调整，以适应于不同的应用场景；

将本发明的光纤震动传感探头运用到光纤微震监测系统进行微震监测作业时，所述光纤 微震监测系统结构小巧、对温度不敏感、微震信号解调系统简单、失真小、测量精度高；

本发明提供的光纤微震监测系统通过检测激光的相位变化拾取微震信号，具有灵敏度高、 前端不带电、本征安全、抗电磁干扰、耐高温高压等优点，适用于多种微震监测场景。

附图说明

图1显示为本发明的光纤震动传感探头的结构示意图。

图2显示为本发明的光纤震动传感探头中一对干涉仪的结构示意图。

图3为显示为本发明的光纤震动传感探头中一对干涉仪的微结构光纤长度差与激光器波 长关系图。

图4为显示为本发明的光纤震动传感探头中的一对干涉仪的微结构光纤长度分别为400 微米和419.57微米时的干涉仪输出光谱图。

图5为显示为本发明光纤震动传感探头中微结构光纤长度为419.57微米的干涉仪在20- 120℃温度区间内的温度响应。

图6为显示为本发明的光纤微震监测系统的结构示意图。

图7为显示为本发明的光纤微震监测系统的微震信号解调单元的流程框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-图7，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关 系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特 定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是 机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个 元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中 的具体含义。

请参阅图1，本发明的实施例提供一种光纤震动传感探头11，所述光纤震动传感探头1 包括壳体11、阻尼液或阻尼机构、薄板悬臂梁12以及一对光纤干涉仪15a和15b。所述壳体 11具有容置腔体14，所述阻尼液或阻尼机构容置于所述壳体11的容置腔体14内；所述薄板 悬臂梁12设置于所述容置腔体14内，且所述薄板悬臂梁12的固定端122固定安装于所述壳 体11的壳壁；所述一对光纤干涉仪15a和15b并列设置，所述光纤干涉仪15a或15b的一端位于所述壳体11外部作为光输入端(其也作为反射光的出射端)，另一端伸入所述壳体11内部并固定于所述薄板悬臂梁12的表面；其中，在所述光纤干涉仪15a或15b的伸入所述壳体11内部的分段内，沿对应光干涉仪的15a或15b长度方向(光传输方向)间隔设置有两个反射界面154和155，通过控制所述一对光纤干涉仪15a和15b中各自的两个反射界面154和155的间距来使所述一对光纤干涉仪15a和15b的相位差奇数倍π/2。本实施例的光纤震动传感探头11例如可以用于金属矿山等硬岩环境的微震监测，当然也可以适用于较大震动的监测。

请参阅图1，在本实施例中，所述壳体11例如可以是具有足够强度和刚度的矩形框体(当 然也可以是球形、圆柱体等中空结构)，其具有容置腔体14，所述壳体11的一个侧壁上开设 有用于安装固定薄板悬臂梁12的开口。作为示例，所述壳体11例如可以是铸钢壳体11，然 不限于此，所述壳体11也可以为其他的材料，例如塑胶壳体11。需要注意的是，所述壳体11 的容置腔体14内充满阻尼液(当然也可以采用高阻尼橡胶等阻尼机构来代替阻尼液)，用于 降低低频噪声扰动，保证测量稳定性，所述阻尼液的材料没有特别的限定，例如可以采用硅 油、乙二醇以及丙三醇中的任意一种。

请参阅图1，在本实施例中，所述薄板悬臂梁12是固定端122以及设置于固定端122一侧的薄板组成，所述薄板悬臂梁12通过上述壳体11的开口插入所述壳体11内部，并通 过下文将要介绍的固定装置13实现所述薄板悬臂梁12的固定端122与所述壳体11的壳壁 的固定安装。作为示例，所述薄板悬臂梁12例如可以是矩形不锈钢悬臂梁、矩形铜悬臂梁 或者矩形聚合物悬臂梁。

请参阅图1，在本实施例中，所述固定装置13设置于所述壳体11的开口处，通过该固 定装置13可将所述薄板悬臂梁12的固定端122固定于所述壳体11的开口处。所述固定装置13设置于所述壳体11的开口处，例如可通过螺丝及粘合剂(例如紫外固化胶或密封胶)和壳体11固定，所述薄板悬臂梁12的固定端122设置于所述固定装置13内，例如可通过 螺丝及粘合剂(例如紫外固化胶或密封胶)和固定装置13固定，从而将所述薄板悬臂梁12 固定于所述壳体11内，同时使所述壳体11的容置腔体14形成密闭腔体。作为示例，所述 固定装置13例如可以是固定套，固定套的内外壁上分别设置有外螺纹和内螺纹，所述壳体 11的开口为具有内螺纹的圆孔，所述薄板悬臂梁12的固定端122例如可以是外壁设置有外 螺纹的圆柱，所述壳体11的开口、所述固定装置13及所述薄板悬臂梁12的固定端122同 轴设置且通过螺纹和粘合剂(也称为螺纹胶)连接。

请参阅图1和图2，在本实施例中，所述一对光纤干涉仪15a和15b并列紧挨设置，通过粘结剂(例如紫外固化胶或密封胶)设置于所述薄板悬臂梁12的表面，所述光纤干涉仪15a或15b例如可采用一具有局部中空结构的光纤，利用光纤端面弱反射形成干涉，调制入射光源的相位信息，经过光电转换以及数据处理后，以拾取震动(譬如微震)信号。

请参阅图2，在本实施例中，所述光纤干涉仪15a或15b为本征型法布里珀罗干涉仪， 包括依次设置且相互连接的第一光纤分段151、第二光纤分段152和第三光纤分段153；所 述第二光纤分段152具有中空管状结构，所述第一光纤分段151的与所述第二光纤分段152 连接的一端表面作为一个反射界面，所述第三光纤分段153与所述第二光纤分段152连接的 一端表面作为另一个反射界面，所述第二光纤分段152和所述第三光纤分段153位于所述薄 板悬臂梁12的薄板上，所述第一光纤分段151的一端与所述第二光纤分段152连接，另一 端穿过所述薄板悬臂梁12的固定端122后位于所述壳体11的外部作为光输入端。

具体地，请参阅图1和图2，所述第一光纤分段151、所述第二光纤分段152及所述第三光纤分段153例如可以分别采用光纤。所述第一光纤分段151的一端例如熔接于所述第二光纤分段152的一端，所述第二光纤分段152的另一端例如熔接于所述第三光纤分段153的一端。所述第一光纤分段151例如可采用单模光纤，用于接收入射光，部分入射光在所述第一光纤分段151的与所述第二光纤分段152的熔接端面处形成端面反射光，另一部分入射光进入所述第二光纤分段152；所述第二光纤分段152例如可采用空心光纤(例如空心光子晶体光纤/空心微结构光纤)，用于形成光纤法布里珀罗干涉仪的腔；所述第三光纤分段153的种类没有特别的限定，任何可以将入射光源进行反射的光纤都应当涵盖在本发明要求保护的 范围内，例如所述第三光纤分段153可以选自单模光纤、多模光纤、保偏光纤，以及无芯光 纤中的任意一种，譬如无心光纤，所述第三光纤分段153的末端端面(未与所述第二光纤分 段152连接的一端端面)处理为粗糙面或8度角，防止入射光在第三光纤分段153的末端端 面产生反射光。可选地，为了增加入射光在所述第三光纤分段153的与所述第二光纤分段 152连接的一端表面处的反射，在所述第三光纤分段153的与所述第二光纤分段152连接的 一端表面镀有反射膜(未图示)，所述反射膜包括电介质膜、金膜、银膜或者铝膜。可选地，所述第一光纤分段151的与所述第二光纤分段152连接的一端表面也可以镀有部分反射模，所述部分反射膜包括电介质膜。

请参阅图1和图2，在本实施例中，所述本征型法布里珀罗干涉仪例如可通过所述薄板 悬臂梁12、所述固定装置13封装在所述充满阻尼液的壳体11内，进而所述一对光纤干涉仪 15a和15b依次和所述壳体11、所述薄板悬臂梁12及所述固定装置13形成悬臂梁结构的光 纤震动传感探头1。在进行震动信号监测作业时，所述光纤震动传感探头1的一阶共振频率 与薄板悬臂梁12的长度之间具有符合下式(1)的关系，因此，所述光纤震动传感探头1的 工作频率带宽和灵敏度可以通过改变悬臂梁尺寸进行调节，以适应于不同的应用场景，所述 光纤震动传感探头1不仅测量方便且精度高。

忽略光纤的影响，所述光纤震动传感探头1的共振频率为矩形悬臂梁一阶共振频率：

其中，t，l，E和ρ分别表示薄板悬臂梁12的厚度、长度、杨氏模量和密度，通过尺寸和材 料的选择，可以对光纤震动传感探头1的频率带宽和灵敏度进行灵活调节，以适应于不同的 应用场景。

为了阐述本实施例的光纤震动传感探头1光纤震动传感探头1中一对光纤干涉仪15a和 15b的相位差，图3示出了所述一对光纤干涉仪15a和15b1e的腔长差和奇数倍π/2相位差与 光源的波长关系，光源的波长和奇数倍π/2相位差确定后，所述一对光纤干涉仪15a和15b1e 的微结构光纤长度差即可确定。图4示出了光纤震动传感探头1中的一对光纤干涉仪15a和 15b的微结构光纤长度(也即第二光纤分段152的腔长)分别为400微米和419.57微米时的 光纤干涉仪15a和15b输出光谱图，两个微结构光纤的长度差为为19.56875微米，由图3可 知，在光源工作波长为1550纳米时，所述一对光纤干涉仪15a和15b的相位差为101π/2。

为进一步阐述本实施例提供的光纤震动传感探头11对温度的敏感效果，将本实施例的光 纤震动传感探头1放入高低温箱中进行恒温试验，使用自发辐射宽带光源和光谱仪观察传感 器的温度稳定性。作为示例，所述光纤震动传感探头1在高低温箱内，从20℃加热到120℃， 间隔20℃，每个温度保持半小时，一对光纤干涉仪15a和15b中的400微米腔长的法布里珀 罗光纤干涉仪的输出光谱被记录保存，通过数据分析，选取3个波谷(dip1、dip2及dip3) 进行分析，得到光纤震动传感探头1的光谱对温度的线性响应和线性拟合曲线，结果如图5 所示，由图5可知，微结构光纤长度为419.57微米的光纤干涉仪光谱波谷在1546.65纳米、 1549.59纳米处和1552.52纳米处对温度变化不敏感，传感器的温度漂移低至0.035pm/℃，也 就是说该光纤震动传感探头1具有良好的温度稳定性。

在本实施例中，所述光纤震动传感探头1包含一个薄板悬臂梁12及一对光纤干涉仪 15a和15b，其可用于可对一个正交方向的微震信号进行监测。可以理解的是，在一实施例 中，所述光纤震动传感探头1例如可包括两个所述薄板悬臂梁12以及两对光纤干涉仪15a 和15b，两个所述薄板悬臂梁12相互垂直设置，每个所述薄板悬臂梁12上设置一对所述光 纤干涉仪15a或15b，从而可以对两个正交方向的微震信号进行检测。在另一实施例中，所 述光纤震动传感探头1例如可包括三个所述薄板悬臂梁12以及三对光纤干涉仪15a和15b，三个所述薄板悬臂梁12相互垂直设置，每个所述薄板悬臂梁12上设置一对所述光纤干涉仪15a或15b，从而可以对对三个正交方向的微震信号进行监测。

需要说明的是，在本发明中，所述光纤干涉仪15a或15b除了采用上述的三光纤分段的 结构外，在其他实施例中，所述光纤干涉仪15a或15b也可以是采用飞秒激光器或者二氧化 碳激光器对光纤(例如可以是单模光纤、光子晶体光纤或蓝宝石光纤)进行微加工形成形 成，利用激光对光纤进行微加工可以改变光纤的局部区域折射率来形成反射界面。作为示 例，例如可以通过激光器分别对光纤的两处区域进行微加工，以与光纤内形成两个间隔设置 的反射界面，两个反射界面154和155之间的间距等于上文介绍的第二光纤分段152的长 度。

请参阅图6，本发明的实施例还介绍一种光纤微震监测系统，所述光纤微震监测系统包 括图1所述的光纤震动传感探头1、光传输单元2、光源单元3及微震信号解调单元4。所述 光纤震动传感探头1光纤震动传感探头1例如可采用上文中描述的采用中空结构光纤干涉仪 15a和15b的光纤震动传感探头1，也可以是通过改变光纤折射率实现的光纤干涉仪，下面将 以采用中空结构光纤干涉仪的光纤震动传感探头1为例进行说明。

请参阅图6，所述光传输单元2分别与所述光纤震动传感探头1、光源单元3和微震信号 解调单元4连接，用于输送光信号。具体地，所述光传输单元2包括分光器21、光纤环形器 22、光缆24和光纤跳线23；所述分光器21的一端与所述光源单元3连接，另一端通过光纤跳线23与所述光纤环形器22的一个端口(图6中的左端口)连接，所述光纤环形器22的另 一个端口(图6中的右端口)依次通过所述光纤跳线23及所述光缆24与所述光纤震动传感 探头1的一个光纤干涉仪15a或15b的光输入端连接，所述光纤环形器22的第三个端口(图 6中的下端口)与所述微震信号解调单元4连接。所述光源单元3的入射光源经过分光器21 分光后，通过光纤跳线23分别进入不同的光纤环形器22的左端口，然后经该对应分光器21 的右端口、光纤跳线23、光缆24后输送到一个光纤干涉仪15a或15b中，该光纤干涉仪15a 或15b的调制后的出射光依次经光缆24、光纤跳线23从光纤环形器22的右端口进入，从下 端口传输到微震信号解调单元4进行处理。

请参阅图6，所述光源单元3例如可以为激光发生器，所述激光发生器的例如可以为光 纤激光器、半导体激光器。作为示例，所述激光发生器例如可以是窄线宽半导体激光器，以 满足光纤震动传感器对激光相位噪声和相对强度噪声的要求。

请接着参阅图6，所述微震信号解调单元4连接于所述光传输单元2，用于采集光传输单 元2传输来的光信号，经光电转换及数据处理后拾取振动信号。具体地，所述微震信号解调 单元4例如可以包括光电平衡探测器41、数据采集装置43以及数据处理装置44，所述光电 平衡探测器41与数据采集装置43之间、所述数据采集装置43与数据处理装置44之间通过 信号线缆42连接；所述光电平衡探测器41将所述微结构光纤震动传感探头1的输出的干涉 光强转换成电压信号，经过所述数据采集装置43采集后，送入所述数据处理装置44处理。

请参阅图6，所述光电平衡探测器41例如可以是一个低噪声的光电平衡探测器41，其包 括两个参数相同的光电管，每个光电管分别用于获取一对光纤干涉仪15a和15b中的其中一 个光纤干涉仪的反射光中的相位变化，并转换为电压信号。所述数据采集装置43通过信号线 缆42连接于所述光电平衡探测器41，用于采集所述光电平衡探测器41输出的电压信号，送 入数据处理装置44处理以拾取微震动信号，所述数据采集装置43例如包括数据采集卡、模 拟数字转换芯片，实现数据采集功能；所述数据处理装置44包括但不限于计算机、Labview 软件、FPGA和解调程序。

本发明的光纤微震监测系统，进行微震信号监测作业时，所述光源单元3发出的激光， 经过光传输单元2进入光纤震动传感探头1后，薄板悬臂梁12震动引起一对光纤干涉仪15a 和15b中第二光纤分段152的腔长变化ΔL₁和ΔL₂，由于一对光纤干涉仪15a和15b的腔长相 差很小且并列紧挨着固定在悬臂梁上，可以近似认为两个腔长的长度变化相等，即ΔL₁＝ΔL₂， 从而调制激光的相位信息

获取出射光强度I₁和I₂，信号光经光电平衡探测器41探测 后，转换成电信号V₁和V₂，并送入信号采集装置与数据处理装置44进行处理，即可实时拾取 震动信号。所述出射光转换的电信号V₁和V₂分别为：

其中A₁、A₂、B₁和B₂分别是与光强和干涉效率相关的常数，n是空气折射率，λ是工作波长，

为光纤干涉仪的初始相位，

为光纤干涉仪腔长变化引起的相位变化，也即微震信号。

所述的数据处理装置44通过数字化滤波器对光电平衡探测器41获取的电压进行直流量 滤除，获取正交信号，再通过包括但不限于反正切算法、反正切-自微分相乘算法、交叉微 分相乘算法解调出微震信号。

在一具体实施例中，所述数据处理装置44解调流程如图7所示，通过高通滤波器将两 个光纤干涉仪的电压信号的直流量滤除，获取两个正交信号：

对正交信号相除后获得正切函数:

对正交信号进行自微分相乘，自微分相乘后的信号相除后取绝对值，然后取平方根，可 得：

正切函数除以平方根后，进行反正切和解包运算，输出微震信号

综上所述，本发明的光纤震动传感探头具有小型化、低成本、温度不敏感的特定；本发 明的光纤震动传感探头的工作频率带宽和灵敏度可以根据悬臂梁的几何尺寸来进行灵活调整， 以适应于不同的应用场景；将本发明的光纤震动传感探头运用到光纤微震监测系统进行微震 监测作业时，所述光纤微震监测系统结构小巧、对温度不敏感、微震信号解调系统简单、失 真小、测量精度高；本发明提供的光纤微震监测系统通过检测激光的相位变化拾取微震信号， 具有灵敏度高、前端不带电、本征安全、抗电磁干扰、耐高温高压等优点，适用于多种微震 监测场景。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实 施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下 或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他 情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变 模糊。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或 将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体 实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在 本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明 进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各 种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发 明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、 配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知 结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替 换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前 提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修 改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利 要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是 本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范 围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种光纤震动传感探头，其特征在于，包括：

壳体，具有容置腔体；

阻尼液或阻尼机构，容置于所述壳体的容置腔体内；

至少一薄板悬臂梁，设置于所述容置腔体内，且所述薄板悬臂梁的固定端固定安装于所述壳体的壳壁；

一对并列设置的光纤干涉仪，所述光纤干涉仪的一端位于所述壳体外部作为光输入端，另一端伸入所述壳体内部并固定于所述薄板悬臂梁的表面；

其中，在每个所述光纤干涉仪内，沿光入射方向间隔设置有两个反射界面，并且两个所述反射界面位于对应的所述光纤干涉仪的位于所述壳体内部的分段上，通过控制所述一对光纤干涉仪中各自的两个反射界面的间距来使所述一对光纤干涉仪的相位差奇数倍π/2。

2.根据权利要求1所述的光纤震动传感探头，其特征在于，所述光纤震动传感探头还包括固定装置，设置于所述壳体的壳壁上，所述薄板悬臂梁的固定端通过所述固定装置固定安装于所述壳体的壳壁上。

3.根据权利要求1所述的光纤震动传感探头，其特征在于，所述光纤干涉仪包括依次设置且相互连接的第一光纤分段、第二光纤分段和第三光纤分段；所述第二光纤分段具有中空管状结构，所述第一光纤分段的与所述第二光纤分段连接的一端表面作为一个反射界面，所述第三光纤分段与所述第二光纤分段连接的一端表面作为另一个反射界面。

4.根据权利要求3所述的光纤震动传感探头，其特征在于，所述第一光纤分段包括单模光纤，所述第二光纤分段包括空心光纤，所述第三光纤分段包括单模光纤、多模光纤、保偏光纤和无芯光纤中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的光纤震动传感探头，其特征在于，所述光纤干涉仪的两个反射界面通过光纤微加工形成。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的光纤震动传感探头，其特征在于，所述光纤震动传感探头包括两个所述薄板悬臂梁以及两对光纤干涉仪，两个所述薄板悬臂梁相互垂直设置，每个所述薄板悬臂梁上设置一对所述光纤干涉仪。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的光纤震动传感探头，其特征在于，所述光纤震动传感探头包括三个所述薄板悬臂梁以及三对光纤干涉仪，三个所述薄板悬臂梁相互垂直设置，每个所述薄板悬臂梁上设置一对所述光纤干涉仪。

8.一种光纤微震监测系统，其特征在于，所述光纤微震监测系统包括：

至少一个如权利要求1所述的光纤震动传感探头；

光传输单元；

光源单元，通过所述光传输单元与所述光纤震动传感探头连接，用于提供单波长激光；

微震信号解调单元，通过所述述光传输单元与所述光纤震动传感探头连接；

其中，所述微震信号解调单元接收所述光纤震动传感探头输出的光信号，经光电转换及数据处理后拾取振动信号。

9.根据权利要求8所述的光纤微震监测系统，其特征在于，所述光传输单元包括分光器、光纤环形器、光缆以及光纤跳线；所述分光器的一端与所述光源单元连接，另一端通过光纤跳线与所述光纤环形器的一个端口连接，所述光纤环形器的另一个端口依次通过所述光纤跳线及所述光缆与所述光纤震动传感探头连接，所述光纤环形器的第三个端口与所述微震信号解调单元连接。

10.根据权利要求8所述的光纤微震监测系统，其特征在于，所述微震信号解调单元包括依次通过信号线缆连接的光电平衡探测器、数据采集装置以及数据处理装置。

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