CN101539631B - 一种地震监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地震监测装置，其由中央控制终端和位于地下传感探头组成，其中：中央控制终端的光源部分发出的光脉冲信号，经一根光纤传输到位于深地环境中的地下传感探头，然后在所述探头中被深地振动、应变和温度调制后，变成三个时域上分立的调制脉冲信号，这些调制脉冲信号返回到中央控制终端的信息解调部分进行光电转换、放大和数据处理，完成解调，从而实现深地振动、应变和温度参量的实时监测和报警。本发明具有制造成本低、易于安装、精度高、实用性强和易于组成台网，以及能够实现对深地的大范围、立体式多参数监测等优点。

Description

一种地震监测装置
技术领域
本发明涉及监测装置，特别是一种用于地震监测的装置。
背景技术
中国位于世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，受太平洋板块、印度洋板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分复杂，大地构造位置决定地震频繁震灾严重。2008年5月12日发生的汶川地震震撼了每个中国人的心灵，也督促科技工作者更好、更快的推动科技发展，为防震减灾工作服务。
传统的地震报警装置是由振动或位移传感器组成，通过振动或位移传感器感应到地震时建筑物将发生的振动或者形变进行预警，这种传统地震报警装置存在以下缺点：
1.对环境要求高。普通的地震波监测仪器抗干扰能力差，只要有强磁场或电场干扰便会发生误报，想要能够精确测量，要求将其装在山洞等对环境要求高的区域。
2.大地震出格。普通地震波监测仪器频带窄，大地震来临时出格现象普遍，即当地震大于某个级别后，在地震仪上无法区别地震震级。
而在地震前兆监测中，其实现手段依赖各种前兆仪器，如伸缩仪、倾斜仪、重力仪、钻孔应变仪等可以实现对地震前兆参数，但都普遍存在设备昂贵，对环境要求高，适应性差，不易安装，很难实现大面积组网，也很难实现对地震的大面积、立体监测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为解决上述现有技术问题，提供一种适应性强、多参数和高精度的地震监测装置。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：由中央控制终端和位于地下传感探头组成。其中：中央控制终端的光源部分发出的光脉冲信号，经一根光纤传输到位于深地环境中的地下传感探头，然后在所述探头中被深地振动、应变和温度调制后，变成三个时域上分立的调制脉冲信号，这些调制脉冲信号返回到中央控制终端的信息解调部分进行光电转换、放大和数据处理，完成解调，从而实现深地振动、应变和温度参量的实时监测和报警。所述光源部分设有分布反馈半导体窄带激光器、光耦合器、光放大器和环形器，它们通过光纤依次相连。中央控制终端设有宽谱激光源，其由光纤与一个光耦合器相连，此光耦合器的两个输出端与两个光栅的输入端相连，两个光栅的输出端由光纤与另一个光耦合器相连后，再经光纤与再一个光耦合器相连，该光耦合器经光纤与光放大器相连。
本发明提供的地震监测装置，其与现有技术相比具有以下主要的优点：
其一.采用波分、时分、空分复用技术：本装置能同时在一根光纤上通过波分、时分、空分技术实现振动、温度、应变的实时测量，集成度高，适应性强。
其二.采用多功能光纤无源传感头，抗干扰能力强，适应性强，可用于远程井下传感。
其三.采用相位调制技术：相位调制技术由于采用了干涉技术而具有很高的检测灵敏度。如果信号检测***可以检测到μrad的相位移，那么每米光纤的检测灵敏度对应于压力为10-7Pa。
其四.采用温敏光栅结合双通道边沿滤波法实现高精度温度传感，检测灵敏度对于温度为0.01℃。
其五.采用压敏光栅结合双通道边沿滤波法实现高精度应变传感，检测灵敏度对于应变为0.1με。
其六.采用***软件对信号进行频域变换，做简单的事件分析，弥补了***没有视频图像的缺陷，并自动输出报警联动信号。整个过程无需人工干预，因此***自动化程度很高。
其七.制造成本低，易于安装，精度高，实用性强，易于组成台网，从而能够实现对深地的大范围、立体式监测。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图中：1.分布反馈半导体窄带激光器(DFB-LD)；2.宽谱激光源(LD)；3.光耦合器；4.光栅；5.光放大器；6.环形器；7.延时纤；8.传感光栅；9.梳状滤波器；10.光电高速探测器；11.信号放大器；12.模数转换器；13.PC终端；14.光纤；15.反射式M-Z干涉仪。
具体实施方式
本发明提供的地震监测装置，其由中央控制终端和位于地下传感探头组成。其中：中央控制终端的光源部分发出的光脉冲信号，经一根光纤传输到位于深地环境中的地下传感探头，然后在所述探头中被深地振动、应变和温度调制后，变成三个时域上分立的调制脉冲信号，这些调制脉冲信号返回到中央控制终端的信息解调部分进行光电转换、放大和数据处理，完成解调，从而实现深地振动、应变和温度参量的实时监测和报警。
上述中央控制终端，其由光源部分和信息解调部分组成，具体结构如图1所示：光源部分设有分布反馈半导体窄带激光器1、光耦合器、光放大器5和环形器6，它们通过光纤依次相连。设有宽谱激光源2，其由光纤与光耦合器相连，光耦合器的两个输出端与两个光栅4的输入端相连，两个光栅4的输出端由光纤与一个光耦合器相连后，再经光纤与另一个光耦合器相连，该光耦合器经光纤与光放大器5相连。信息解调部分设有PC终端13，其以光纤与模数转换器12的输出端相连，该模数转换器的输入端由光纤分别与两个信号放大器11的输出端相连，两个信号放大器的输入端由数据线各与一个光电高速探测器10的输出端相连，其中一个光电高速探测器的输入端由光纤与梳状滤波器9相连后与一个光耦合器相连，该光耦合器由光纤与另一个光电高速探测器的输入端相连，并且该光耦合器由光纤与环形器6相连。图1中，编号3为光耦合器，编号14为光纤。
所述信息解调部分，可采用相位解调和波长解调两种方法对深地返回的调制脉冲信号进行解调。
所述两个光栅4的中心波长不相等，两个传感光栅8的中心波长不相等，其中：一个光栅4的中心波长与一个传感光栅8的中心波长相等，例如，它们的中心波长为1552.28nm。另一个光栅4的中心波长与另一个传感光栅8的中心波长相等，例如，它们的中心波长为1545.74nm。
所述深地环境是指由钻机钻的钻孔。
上述地下传感探头，其结构如图1所示：设有传感光栅8和反射式M-Z干涉仪15，传感光栅8通过光纤与一个光耦合器相连后，再经光纤与另一个光耦合器相连，该光耦合器由光纤与环形器6相连，其另一个输出端与反射式M-Z干涉仪15相连。设有多根延时纤7，它们分布在与传感光栅8和反射式M-Z干涉仪15相连的光纤上。
上述地下传感探头，其可以采用集成了振动、温度、应变多参数传感技术的传感器，其中：应变传感器和，应变传感器可以采用北京基康科技有限公司生产的BGK-FBG-4150，温度传感器采用北京基康科技有限公司生产的BGK-FBG-4700S。
上述解调装置为相位解调、双通道波长解调装置。解调装置接有PC终端。解调装置中的光电高速探测器10采用武汉电信器件公司(WTD)生产的PDCS985。
上述的PC终端13，其带有用labview所编写的可视化应用程序：可以实时记录参量信息；可以用友好的图形界面给出测量数据及波形显示；可以与所设定的阈值实时比对，如有异常即发出报警信号。
本发明提供的地震监测装置，可以利用钻机钻孔将其送至要进行地震监测的点。这样，监测点的振动、温度、应变信息会对地下传感探头中传输的光波长、相位产生调制作用。调制之后的光波通过光路返回中央控制终端，通过中央控制终端的解调装置可以解调出振动、温度和应变信号。
本发明具体工作流程为：宽谱激光源2经过光栅4，获得两个工作波端脉冲调制信号，与分布反馈半导体窄带激光器1输出的单色光信号，经过光放大器5，获得一定增益。经过一根光纤，从中央控制终端传入地下传感探头。反射式M-Z干涉仪(反射式马赫-泽德干涉仪)15以及两个传感光栅8结合构成多参量复合的地下传感探头，用于深地探测，分别对振动、温度和应变实现高精度的实时监测。监测点的振动、温度、应变信息会对多功能的地下传感探头中传输的光波长、相位产生调制作用。调制之后的光波通过光路返回。地下传感探头中的延时纤7使三个传感信号在时域分开形成三个调制脉冲信号。两只光电高速探测器10接收携带了传感信息的返回信号光，在三个分立时刻分别利用双通道边缘滤波法通过梳状滤波器9的线性边缘部分的滤光特性解调出信号波长的变化，根据信号光强变化解调出振动信息，根据信号光在不同的时刻分别测得振动、温度和应变的信息，这样不仅消除了光源辐射时的起伏影响，而且在一定程度上消除了杂散光引起的不稳定性。通过双通道高速数据采集卡采集光电转化信号，并在PC终端13中进行数据处理及可视化图形界面显示，软件主要功能包括：灵敏度调节、参数的动态数据设置和波形显示以及发出预警信号。

Claims (8)

1.一种地震监测装置，其由中央控制终端和位于地下传感探头组成，中央控制终端的光源部分发出的光脉冲信号，经一根光纤传输到位于深地环境中的地下传感探头，然后在所述探头中被深地振动、应变和温度调制后，变成三个时域上分立的调制脉冲信号，这些调制脉冲信号返回到中央控制终端的信息解调部分进行光电转换、放大和数据处理，完成解调，从而实现深地振动、应变和温度参量的实时监测和报警，其特征是：
所述光源部分设有分布反馈半导体窄带激光器(1)、光耦合器、光放大器(5)和环形器(6)，它们通过光纤依次相连；
中央控制终端设有宽谱激光源(2)，其由光纤与一个光耦合器相连，此光耦合器的两个输出端与两个光栅(4)的输入端相连，两个光栅(4)的输出端由光纤与另一个光耦合器相连后，再经光纤与再一个光耦合器相连，该光耦合器经光纤与光放大器(5)相连。
2.根据权利要求1所述的地震监测装置，其特征在于：所述信息解调部分设有PC终端(13)，其以光纤与模数转换器(12)的输出端相连，该模数转换器的输入端由光纤分别与两个信号放大器(11)的输出端相连，两个信号放大器的输入端由数据线各与一个光电高速探测器(10)的输出端相连，其中一个光电高速探测器的输入端由光纤与梳状滤波器(9)相连后与一个光耦合器相连，该光耦合器由光纤与另一个光电高速探测器的输入端相连，并且该光耦合器由光纤与环形器(6)相连。
3.根据权利要求2所述的地震监测装置，其特征在于：信息解调部分采用相位解调和波长解调两种方法对深地返回的调制脉冲信号进行解调。
4.根据权利要求1所述的地震监测装置，其特征在于：所述的地下传感探头，设有传感光栅(8)和反射式M-Z干涉仪(15)，传感光栅(8)通过光纤与一个光耦合器相连后，再经光纤与另一个光耦合器相连，该光耦合器由光纤与环形器(6)相连，该光耦合器的另一个输出端与反射式M-Z干涉仪(15)相连；设有多根延时纤(7)，它们分布在与传感光栅(8)和反射式M-Z干涉仪(15)相连的光纤上。
5.根据权利要求1或4所述的地震监测装置，其特征在于：所述两个光栅(4)的中心波长不相等，两个传感光栅(8)的中心波长不相等，其中一个光栅(4)的中心波长与一个传感光栅(8)的中心波长相等，另一个光栅(4)的中心波长与另一个传感光栅(8)的中心波长相等。
6.根据权利要求5所述的地震监测装置，其特征在于：所述一个光栅(4)的中心波长与一个传感光栅(8)的中心波长为1552.28nm。
7.根据权利要求5所述的地震监测装置，其特征在于：所述另一个光栅(4)的中心波长与另一个传感光栅(8)的中心波长为1545.74nm。
8.根据权利要求1所述的地震监测装置，其特征在于：深地环境是指钻孔。
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