CN208367224U - 马赫曾德光纤传感地震检波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种马赫曾德光纤传感地震检波器，涉及光纤传感技术领域，其包括窄线宽激光器、光电探测器、第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，还包括支撑轴、质量体、第一螺线结构双光纤和第二螺线结构双光纤。本实用新型不仅结构简单、经济性好，且具有响应快、可靠性强等优势，在超前预报、石油勘测等方面应用前景十分广阔。

Description

马赫曾德光纤传感地震检波器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体来讲是一种马赫曾德光纤传感地震检波器。

背景技术

随着地震勘探技术的发展，特别是高分辨率勘探的深入，对地震勘探数据采集的精度和质量要求也越来越高，要求采集数据具有宽频、高保真、高信噪比、高动态，以便更好地识别地质结构、岩性、流体、裂缝油藏，改进油藏定位、储集特征、油藏连通性的描述和提高采收率等。作为野外数据采集关键的部件之一的地震检波器，其性能的好与坏，将直接关系到采集数据质量和地质分析的效果。

在常规反射地震勘探中，接收地震有效波的频率范围一般在3Hz～300Hz之间，并要求传感器在此频率范围内对振动的相位和振幅响应是线性的、稳定的。在目前地震勘探领域使用的检波器中，从工作原理来讲可分为电磁感应式检波器、压敏检波器和数字传感器或叫数字检波器，目前，用量最大的是电磁感应式检波器，这其中还可分常规检波器和超级检波器等。

电磁感应原理是利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，随着检波器外壳振动的大小变化，感应电动势也随之变化，速度越大，感应电势也大，检波器震动时，在检波器的输出端输出相应的电信号，传输给地震仪器。两个线圈的接法应满足：在绕制线圈时，一个线圈正绕另一线圈反绕，并把上线圈的终端与下线圈的起端联在一起(反向连接)，把上下线圈的另外两个端头做为输出端。当线圈相对磁钢运动时，由于两线圈的磁场方向相反，所以连接的两线圈的感应电势是同向相加的。对于外界磁场干扰，反向连接的两线圈的感应电势是反向抵消的，这样就提高了抗干扰能力。

电磁感应式检波器的永磁体由于受温度、地磁影响大、易氧化且磁场不稳定，地震检波器的灵敏度低、稳定性及重复性差。现场工作量大，自然频率选择较多、需要大量的检波器组合，排列复杂，强度大。实际的探测工作中,地质勘探人员需要携带大量的测量器材，特别是布设探测器阵列时，沉重的电缆和众多的探测器令人不堪负荷。而探测地点又常在深山大林之中，工作量大，同时,检波器电缆易受外界电磁场的干扰，影响数据的可靠性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种马赫曾德光纤传感地震检波器，不仅结构简单、经济性好，且具有响应快、可靠性强等优势，在超前预报、石油勘测等方面应用前景十分广阔。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：一种马赫曾德光纤传感地震检波器，包括窄线宽激光器、光电探测器、第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，其中，第一3dB耦合器的输入端通过第一光纤与窄线宽激光器连接，第二3dB耦合器的输出端通过第二光纤与光电探测器连接，还包括支撑轴、质量体、第一螺线结构双光纤和第二螺线结构双光纤；所述第一螺线结构双光纤和第二螺线结构双光纤分别均匀环绕在支撑轴外侧靠近两端的位置；所述第一螺线结构双光纤的一端通过第三光纤与第一3dB耦合器的一输出端连接，第一螺线结构双光纤的另一端通过第四光纤与第二3dB耦合器的一输入端连接；所述第二螺线结构双光纤的一端通过第五光纤与第一3dB耦合器的另一输出端连接，第二螺线结构双光纤的另一端通过第六光纤与第二3dB耦合器的另一输入端连接；所述质量体滑动设置于支撑轴，且质量体的两侧分别与第一螺线结构双光纤和第二螺线结构双光纤相连。

在上述技术方案的基础上，还包括不锈钢桶形外壳，该不锈钢桶形外壳的内部为真空，所述支撑轴、质量体、第一螺线结构双光纤和第二螺线结构双光纤均封装于不锈钢桶形外壳内。

在上述技术方案的基础上，所述不锈钢桶形外壳的两端分别设置有第一保护套管和第二保护套管；所述第一螺线结构双光纤的两端均穿入第一保护套管，分别与第三光纤和第四光纤相连；所述第二螺线结构双光纤的两端均穿入第二保护套管，分别与第五光纤和第六光纤相连。

在上述技术方案的基础上，所述不锈钢桶形外壳的两端内侧分别设置有减震垫。

在上述技术方案的基础上，所述第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤和第六光纤均为单模光纤。

在上述技术方案的基础上，所述窄线宽激光器用于发出波长为1550nm的40毫瓦连续激光。

在上述技术方案的基础上，所述第一螺线结构双光纤由第三光纤和第四光纤合并形成；所述第二螺线结构双光纤由第五光纤和第六光纤合并形成。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用马赫曾德光纤干涉原理，设计地震波加速度传感器，传感器是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。随着光电科技的飞速发展，光纤干涉地震传感器己成为各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，并在传感器应用中占据着重要的地位，其中在非接触式测量领域更是扮演者无法替代的角色。光电传感器工作时，光电器件负责将光能(红外辐射、可见光及紫外辐射)信号转换为电学信号。这种传感器不仅结构简单、经济性好，且具有响应快、可靠性强等优势，在超前预报、石油勘测等方面应用前景十分广阔。

附图说明

图1为本实用新型实施例中马赫曾德光纤传感地震检波器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中马赫曾德光纤传感地震检波器的工作原理示意图。

附图标记：

1-第三光纤；2-第一螺线结构双光纤；3-支撑轴；4-第一3dB耦合器；5-质量体；6-第二螺线结构双光纤；7-不锈钢桶形外壳；8-第五光纤；9-第二保护套管；10-第一光纤；11-窄线宽激光器；12-第一保护套管；13-减震垫；14-第四光纤；15-第二3dB耦合器；16-第六光纤；17-第二光纤；18-光电探测器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合说明书的附图，通过对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1所示，本实用新型实施例提供了一种马赫曾德光纤传感地震检波器，包括窄线宽激光器11、光电探测器18、第一3dB耦合器4和第二3dB耦合器15，其中，第一3dB耦合器4的输入端通过第一光纤10与窄线宽激光器11连接，具体的，窄线宽激光器11与第一光纤10采用熔接方式连接，熔接损耗小于0.01dB，第一光纤10与第一3dB耦合器4采用光纤熔接跳线方式连接，同样熔接损耗小于0.01dB，第二3dB耦合器15的输出端通过第二光纤17与光电探测器18连接，还包括支撑轴3、质量体5、第一螺线结构双光纤2和第二螺线结构双光纤6；

第一螺线结构双光纤2和第二螺线结构双光纤6分别均匀环绕在支撑轴3外侧靠近两端的位置；第一螺线结构双光纤2的一端通过第三光纤1与第一3dB耦合器4的一输出端连接，第一螺线结构双光纤2的另一端通过第四光纤14与第二3dB耦合器15的一输入端连接；第二螺线结构双光纤6的一端通过第五光纤8与第一3dB耦合器4的另一输出端连接，第二螺线结构双光纤6的另一端通过第六光纤16与第二3dB耦合器15的另一输入端连接；

质量体5滑动设置于支撑轴3，且质量体5的两侧分别与第一螺线结构双光纤2和第二螺线结构双光纤6相连。第三光纤1、第四光纤14、第五光纤8、第六光纤16和质量体5构成马赫曾德干涉仪传感器，来至检波方向的微弱振动信号会使质量体5产生滑移运动，拉伸或压缩第三光纤1、第四光纤14、第五光纤8、第六光纤16产生往复微运动，马赫曾德干涉仪会产生干涉信号。

具体的，马赫曾德光纤传感地震检波器还包括不锈钢桶形外壳7，该不锈钢桶形外壳7的内部为真空，支撑轴3、质量体5、第一螺线结构双光纤2和第二螺线结构双光纤6均封装于不锈钢桶形外壳7内。具体的，不锈钢桶形外壳7的两端分别设置有第一保护套管12和第二保护套管9；第一螺线结构双光纤2的两端均穿入第一保护套管12，分别与第三光纤1和第四光纤14相连；第二螺线结构双光纤6的两端均穿入第二保护套管9，分别与第五光纤8和第六光纤16相连。优选的，不锈钢桶形外壳7的两端内侧分别设置有减震垫13。

具体的，第一光纤10、第二光纤17、第三光纤1、第四光纤14、第五光纤8和第六光纤16均为单模光纤。

具体的，窄线宽激光器11用于发出波长为1550nm的40毫瓦连续激光。

具体的，第一螺线结构双光纤2由第三光纤1和第四光纤14合并形成；本实施例中，第三光纤1和第四光纤14缠绕并熔接在一起，微弯损耗小于0.01dB，第三光纤1和第四光纤14使用第一保护套管12进行保护，并合并成一束形成第一螺线结构双光纤2；第一螺线结构双光纤2是二条单模光纤组成的环形结构，形状与弹簧结构相同。

第二螺线结构双光纤6由第五光纤8和第六光纤16合并形成。本实施例中，第五光纤8和第六光纤16连接在一起，微弯损耗小于0.01dB，第五光纤8和第六光纤16使用第二保护套管9进行保护，并合并成一束形成第二螺线结构双光纤6。第二螺线结构双光纤6也是二条单模光纤组成的环形结构，形状与弹簧结构相同。

本实用新型的工作过程为：

参见图2所示，窄线宽激光器11发出波长为1550nm的连续激光进入第一光纤10，第一光纤10内部的连续激光进入第一3dB耦合器4以后产生分束，分出功率各50％的激光，进入第三光纤1和第五光纤8，第三光纤1和第四光纤14连接在一起，第五光纤8和第六光纤16连接在一起，构成两个传感光臂。第三光纤1和第四光纤14集成一根第一螺线结构双光纤2，第五光纤8和第六光纤16集成一根第二螺线结构双光纤6。

第一螺线结构双光纤2、第二螺线结构双光纤6与质量体5是传感器核心部件，检波方向的地震信号会使质量体5产生微位移，拉动第一螺线结构双光纤2和第二螺线结构双光纤6产生微弱拉长和缩短。质量体5向右运动会使第二螺线结构双光纤6产生压缩，使第一螺线结构双光纤2产生拉伸，质量体5向左运动会使第二螺线结构双光纤6产生拉伸，使第一螺线结构双光纤2产生压缩，形成差动结构。

第一螺线结构双光纤2和第二螺线结构双光纤6的长度变化会在光传播方向末端第二3dB耦合器15产生干涉，干涉光的强度变化就是地震信号的信息。第二3dB耦合器15输出第二光纤17将干涉光信号传输到光电探测器18，转换成电信号输出。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。

本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种马赫曾德光纤传感地震检波器，包括窄线宽激光器(11)、光电探测器(18)、第一3dB耦合器(4)和第二3dB耦合器(15)，其中，第一3dB耦合器(4)的输入端通过第一光纤(10)与窄线宽激光器(11)连接，第二3dB耦合器(15)的输出端通过第二光纤(17)与光电探测器(18)连接，其特征在于：还包括支撑轴(3)、质量体(5)、第一螺线结构双光纤(2)和第二螺线结构双光纤(6)；

所述第一螺线结构双光纤(2)和第二螺线结构双光纤(6)分别均匀环绕在支撑轴(3)外侧靠近两端的位置；所述第一螺线结构双光纤(2)的一端通过第三光纤(1)与第一3dB耦合器(4)的一输出端连接，第一螺线结构双光纤(2)的另一端通过第四光纤(14)与第二3dB耦合器(15)的一输入端连接；所述第二螺线结构双光纤(6)的一端通过第五光纤(8)与第一3dB耦合器(4)的另一输出端连接，第二螺线结构双光纤(6)的另一端通过第六光纤(16)与第二3dB耦合器(15)的另一输入端连接；

所述质量体(5)滑动设置于支撑轴(3)，且质量体(5)的两侧分别与第一螺线结构双光纤(2)和第二螺线结构双光纤(6)相连。

2.如权利要求1所述的马赫曾德光纤传感地震检波器，其特征在于：还包括不锈钢桶形外壳(7)，该不锈钢桶形外壳(7)的内部为真空，所述支撑轴(3)、质量体(5)、第一螺线结构双光纤(2)和第二螺线结构双光纤(6)均封装于不锈钢桶形外壳(7)内。

3.如权利要求2所述的马赫曾德光纤传感地震检波器，其特征在于：所述不锈钢桶形外壳(7)的两端分别设置有第一保护套管(12)和第二保护套管(9)；

所述第一螺线结构双光纤(2)的两端均穿入第一保护套管(12)，分别与第三光纤(1)和第四光纤(14)相连；

所述第二螺线结构双光纤(6)的两端均穿入第二保护套管(9)，分别与第五光纤(8)和第六光纤(16)相连。

4.如权利要求2所述的马赫曾德光纤传感地震检波器，其特征在于：所述不锈钢桶形外壳(7)的两端内侧分别设置有减震垫(13)。

5.如权利要求1所述的马赫曾德光纤传感地震检波器，其特征在于：所述第一光纤(10)、第二光纤(17)、第三光纤(1)、第四光纤(14)、第五光纤(8)和第六光纤(16)均为单模光纤。

6.如权利要求1所述的马赫曾德光纤传感地震检波器，其特征在于：所述窄线宽激光器(11)用于发出波长为1550nm的40毫瓦连续激光。

7.如权利要求1所述的马赫曾德光纤传感地震检波器，其特征在于：所述第一螺线结构双光纤(2)由第三光纤(1)和第四光纤(14)合并形成；所述第二螺线结构双光纤(6)由第五光纤(8)和第六光纤(16)合并形成。