CN214310905U - 一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：包括自垂直结构，所述自垂直结构包括质量块、弹性体、光纤、扇形外壳，所述扇形外壳为扇形柱体，夹角为90度，所述质量块设置于所述扇形外壳内部，所述弹性体的一端垂直设置于所述质量块的表面，另一端与所述扇形外壳内表面固定连接，所述光纤从所述质量块和扇形外壳的光纤通孔中引出，本实用新型的光纤加速度浅海检波器，其探头结构简单紧凑、可靠性好、制作效率高、布放简单，解决了海底检波器放置姿态的问题。

Description

一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器

技术领域

本实用新型涉及光纤惯性传感器技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器。

背景技术

近几年来，越来越多的工业应用中要求对振动加速度信号进行测量。加速度信号的测量通常是利用惯性原理，通过感知惯性力所产生的位移或者应变而测得相应的加速度。针对目前一些特殊应用领域，例如航空航天的制导系统、石油勘探的地震检波系统、桥梁建筑的结构检测系统、交通情况监测系统等，急需具有抗电磁干扰、高灵敏度、大动态范围、易复用的高性能加速度传感装置。而基于光调制机理的光纤加速度传感器在这些方面展现了良好的应用前景，因此相对基于机电、压电方法的传统加速度传感器，正在受到越来越多的重视。

目前，在浅海或其他水域进行地震勘探，通常陆地用检波器无法满足施工的要求，因为在水域中使用地震检波器必须固定于海底或河床上才能接收到振动信号，通常水域施工难以实现。在水中振动信号往往是以声的信号进行传播，由于水的剪切应力为零，因此在水中不存在纵波，从海底传播上来的振动信号在经过水与陆地的界面时会产生信号的反射与折射，使能量产生一定的损耗，并且纵波会以转换波的形式进入到水介质中。越接近海面，信号的强度会越弱；检波器敏感方向越偏离于垂直海底方向，接收信号灵敏度会越弱。这就需要检波器具有一定的工作深度，检波器敏感方向垂直于海底方向，以提高接受信号的灵敏度。

一般地，浅海检波器一般通过抛投的方式布放到海底，由于操作方式、海底环境的随机性等原因，检波器很难布放到预设位置、理想的信号采集状态；此外，受洋流、潮汐等影响，检波器在一定时间内会出现位置偏移、自身转动的问题。因此，检波器布放后需具备自行调整检波器敏感方向垂直于海底的能力，这种结构称之为自垂直结构。目前海底调整检波器姿态的方式主要有水下机器人及加装相关的姿态传感器，比较繁琐并且代价偏高。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种自垂直结构的光纤加速度海洋检波器以克服以上技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述光纤加速度浅海检波器的海底放置姿态不明，体积大、布防困难、信号接收灵敏度不高等缺点，从而提供一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器。

本实用新型的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：包括自垂直结构，所述自垂直结构包括质量块004、弹性体005、光纤、扇形外壳001，所述扇形外壳001 为扇形柱体，夹角为90度，所述质量块004设置于所述扇形外壳001内部，所述弹性体 005的一端垂直设置于所述质量块004的表面，另一端与所述扇形外壳001内表面固定连接，所述光纤从所述质量块004和扇形外壳001的光纤通孔中引出。

进一步地，所述质量块004中心与扇形外壳001上均设有弹性体安装槽，弹性体安装槽分别位于质量块四个相互对称的表面与扇形外壳相互垂直方向的内侧位置。

进一步地，所述质量块004的材质为黄铜，所述扇形外壳001的材质为不锈钢，所述弹性体005的材质为聚砜。

进一步地，还包括限弯结构003，所述限弯结构003为锥形，其直径逐渐由所述扇形外壳001外径减小为传输缆外径，所述限弯结构003固定连接于所述扇形外壳001的两侧。

进一步地，所述限弯结构003的材质为聚氨酯。

进一步地，所述扇形外壳001两侧设有螺纹孔。

进一步地，还包括侧盖002，所述侧盖002通过螺钉方式与扇形外壳001固定。

进一步地，所述侧盖002中心设有传输缆通孔。

进一步地，所述侧盖002的材质为不锈钢。

本实用新型相比于现有技术具有以下优点：

(1)本实用新型的光纤加速度浅海检波器，其探头结构简单紧凑、可靠性好、制作效率高、布放简单；

(2)本实用新型的加速度应变转换装置为芯轴惯性加速度结构，可以通过合理地设计质量块的质量和弹性体的刚度，以达到调节检波器的加速度灵敏度和动态范围的目的；

(3)本实用新型的基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器中，通过设计扇形外壳夹角与芯轴惯性加速度结构的敏感方向相互垂直的方式，避免了布放检波器时出现检波器在海底姿态不明的现象，即无论检波器释放后在水中姿态如何，只会有两个面接触与海底，且无论那个面与海底相接触，检波器总有一个加速度敏感方向垂直于海底，从而保证了检波器加速度信号接收度最好，进而提高了勘探精度；

(4)本实用新型的检波器限弯结构中，聚氨酯尾椎与检波器一体化制作，既确保了限弯结构与检波器之间不会被撕裂，且两端传输缆与传感器之间的水密性，又有效的保护了传输缆在检波器布放过程中弯曲半径过小，提高了工程化应用程度；

附图说明

图1为光纤加速度浅海检波器立体视图；

图2为光纤加速度浅海检波器限弯结构方向视图；

图3为光纤加速度浅海检波器正视图；

图4为光纤加速度浅海检波器扇形外壳侧视图；

图5为光纤加速度浅海检波器扇形外壳正视图；

图6为光纤加速度浅海检波器自垂直结构示意图。

附图标记说明：

001、扇形外壳；002、侧盖；003、限弯结构；004、质量块；005、弹性体；101、螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器作进一步详细地说明:

本实用新型基于基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器的工作原理是：当检波器受到加速度振动信号作用时，质量块在惯性作用下将进行振动，从而引起弹性体发生呼吸状微形变，进而带动绕在弹性体上的光纤应变发生变化，导致光纤光纤的应变随即改变(调制)光纤中传播的光波的相位，敏感光纤中的光相位变化就反映在敏感光纤所在的光纤Michelson干涉仪的输出光强中，本产品的光路如下图所示，其基本关系式为：

式中，I为光纤Michelson干涉仪的输出光强，A为直流分量，B为由激光干涉引起的交流分量幅度，Φs是一个可被声压或其他物理量调制的光相移，Φs＝4πnL/λ,n 为光纤纤芯折射率，L为敏感光纤长度，λ为激光工作波长，Φ0为干涉仪的信号臂和参考臂之间的初始相位差。本产品的工作过程就是从光纤Michelson干涉仪的输出光强I的变化中解调出Φs的变化，从而确定引起Φs变化的振动信号的大小。

光纤敏感圈中n和L的微小变化相对于微米级的激光波长λ都是一个不小的变化，如光纤应变为0.5μm，就能引起在其中传输的1.55μm波长的激光有2πrad的相移，考虑到光相位解调的分辨率能达到1μrad，而且要使10米长的光纤变化0.5μm是很易实现的，所以本产品的原理上就能获得很高的灵敏度。

下面结合实施例进一步的说明本实用新型。

最佳实施例:

如图1所示为本实用新型基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器一个实施例的立体示意图，从图3可知本实用新型基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器包括：

自垂直机构、侧盖002、限弯结构003。

如图3所示，所述光纤加速度检波器包括两端限弯结构003和侧盖002，所述检波器限弯结构003为聚氨酯灌封细长尾椎，其直径逐渐由扇形外壳001外径减小为传输缆外径，从而具备很好的限弯效果；所述检波器侧盖002中心开有传输缆通孔，传输缆由此引入与光纤光路的尾纤部分焊接，由此单元光路与外部光路相连，检波器侧盖与扇形外壳通过螺钉方式固定。

如图4所示为本实用新型基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器中侧盖002与扇形外壳001以螺钉固定，螺纹孔位置为101，同时可以看出扇形外壳001夹角为90°，只有两条直角边所在平面才为稳定面。

如图6所示为自垂直结构示意图即扇形外壳内部剖视图，该自垂直结构由质量块004、弹性体005、光纤以及扇形外壳001四部分组成。

所述质量块004中心与扇形外壳001上均设有弹性体安装槽和光纤通孔，弹性体安装槽分别位于质量块四个相互对称的表面与扇形外壳相互垂直方向的内侧位置，扇形外壳本身夹角为90°，即4个弹性体005的两个相互垂直方向又与扇形外壳两个边垂直；

所述弹性体005为热塑性树脂加工成型，也可是根据设计需要通过注塑或模压而成，弹性体005两端分别安装固定在质量块004与扇形外壳001内侧的安装槽上；

所述光纤种类不限，光纤的尾纤部分从质量块中心位置和扇形外壳的光纤通孔中引出，使得光纤光路位于扇形外壳内部两端位置，通过在填胶槽处灌封胶的方式将弹性体两端与质量块和扇形外壳内侧粘合，从而整体形成一个光纤芯轴惯性型结构。

本实施例的一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器的安装过程为：首先将特种光纤绕制在4个所述弹性体005表面上，绕制张力控制为90g，绕制时加环氧胶 353ND固定，然后将4个弹性体005的一端分别安装在质量块004上，通过灌封环氧胶 353ND的方式将其固定，固化温度为80℃，固化时间为30分钟，从而形成一个芯轴惯性加速度结构；接着将芯轴惯性加速度结构装入扇形外壳001中，通过在4个弹性体005 另一端涂环氧胶353ND的方式将其与扇形外壳001固定，随后5在光路焊接完成后安装两端侧盖002，两端侧盖002通过螺钉方式与扇形外壳001固定，最后采用特定模具在两端用聚氨酯灌封出限弯结构003，并提供两端端面水密。

本实施例中的检波器的质量块材料选用密度较大的黄铜，以提供较大的惯性作用力，其几何形状为长方体，尺寸为长度46mm、宽度、高度为34mm；

本实施例中，所述弹性体材料选用聚砜，弹性体直径28mm，高度16mm；

作为本实用新型的一个实施例，所述光纤为特种光纤，即为碳密封的石英玻璃光纤，光纤包层直径Ф为(80.0±2.0)μm，模场直径为1550nm：(6.8±0.2)μm，筛选强度：2％；

本实施例中，所述检波器的扇形外壳001、侧盖002材料均选为不锈钢，扇形外壳尺寸为直径90mm、厚度11mm，侧盖尺寸为直径90mm、厚度6mm；

本实施例中，所述检波器的限弯结构为锥形，材料为聚氨酯，其尺寸为最大直径90mm、最小直径11mm、长度220mm；

在上述基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器中，光纤在绕制时进行了预应变加载，以避免质量块振动时光纤出现松弛的情况，所述实用新型的一个实施例制作完成后，在全部光路制作完成后，再进行限弯结构的灌封，整个光纤加速度浅海检波器的尺寸为直径90mm、长度495mm。

本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本实用新型，因本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：包括自垂直结构，所述自垂直结构包括质量块(004)、弹性体(005)、光纤、扇形外壳(001)，所述质量块(004)为立方体，所述扇形外壳(001)为扇形柱体，夹角为90度，所述质量块(004)设置于所述扇形外壳(001)内部，所述弹性体(005)的一端垂直设置于所述质量块(004)的表面，另一端与所述扇形外壳(001)内表面固定连接，所述光纤从所述质量块(004)和扇形外壳(001)的光纤通孔中引出。

2.根据权利要求1所述的一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：所述质量块(004)中心与扇形外壳(001)上均设有弹性体安装槽，所述弹性体安装槽分别位于质量块四个相互对称的表面与扇形外壳相互垂直方向的内侧位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：还包括限弯结构(003)，所述限弯结构(003)为锥形，其直径逐渐由所述扇形外壳(001)外径减小为传输缆外径，所述限弯结构(003)固定连接于所述扇形外壳(001)的两侧。

4.根据权利要求3所述的一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：还包括侧盖(002)，所述侧盖(002)通过螺钉方式与扇形外壳(001)固定。

5.根据权利要求4所述的一种基于自垂直结构的光纤加速度浅海检波器，其特征在于：所述侧盖(002)中心设有传输缆通孔。

Images