CN101806919A - 一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，由外壳(1)，非直悬臂梁(2)，振子(3)，光纤Bragg光栅(4)，光纤Bragg光栅引出线(5)组成。非直悬臂梁(2)一端与外壳(1)固定连接，另一端与振子(3)连接，光纤Bragg光栅(4)的两端与非直悬臂梁(2)两端的水平部分固定，其中光纤Bragg光栅(4)引出端与引出线(5)连接。该探头与其他类型的悬臂梁探头相比，由于光纤Bragg光栅与非直悬臂梁之间的安装和制造是在壳体外部进行，简单易行，安装方便。又由于非直悬臂梁的结构特点，根据需要调整非直悬臂梁的尺寸，增大和减小光纤Bragg光栅的工作应变，方法简单易行，调节效果显著。

Description

一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构

技术领域

本发明涉及一种地震波的采集装置，是一种通过光纤Bragg光栅的拉伸，将振动机械能转换为光能变化，进而检测光信号的高分辨率、低失真度的地震检波器探头。

背景技术

在石油等矿藏的地球物理探测技术中，一种重要的方法是主动震勘探技术。它的基本原理是将震源埋置在地层中，当引爆震源后，由震源发出的地震波在地层中向各个方向传播。当地震波依次传输到波阻抗不同的两层介质的分界面时，就会发生反射和透射，反射波反射回地面，被设置在地面上的检波器接收。通过接收并分析检波器检测到的不同地层反射回的地震波信息，可以确定检波器附近地层的分布，从而判定是否有矿藏，以及矿藏大体储量。由于地震波在地层内的传播过程中，它的能损耗非常严重，结果会造成浅层反射波和深层反射波的强度差别极大，可达百万倍，即相差120dB。当前，地震勘探使用的检波器主要是动圈式速度检波器、压电式加速度传感器、变容式微机电加速度传器等，这些检波器的主要缺陷是检波灵敏度低。目前地震记录仪器的动态范围已经能达到100dB，可以满足记录微弱的地下反射信号的要求。但是，上述这些正在使用的检波器的灵敏度只能达到50～60dB，明显浪费了地震记录仪器的记录能力。另外这些检波器的抗干扰能力差，尤其不能抵抗电磁干扰。这些缺点极大地限制了深层探矿的可能性，制约了地震勘探技术的发展和应用。地震检波器的灵敏度已经成了地震勘探技术发展的瓶颈。

光纤Bragg光栅(FBG)作为一种新型的传感元件，具有灵敏度高、动态范围大，抗干扰能力强、可实现分布式检测的突出优点，适合用于制作地震检波器。

在传感器的结构设计上，利用光纤Bragg光栅实现对加速度测量的传感器有多种结构形式，主要是使光纤Bragg光栅产生轴向栅距的变化，即轴向应变。通常是利用悬臂梁的受力把加速度量转换为应变量，再转化为Bragg光栅中心波长的漂移，通过检测波长的漂移量即可实现对振子加速度等物理量的测量。

光纤Bragg光栅与悬臂梁的安装关系主要有两类。一类悬臂梁结构要求将光纤Bragg光栅粘贴在梁的表面上，通过梁的表面应变使光纤Bragg光栅产生相同的应变，见图1。悬臂梁形式有均匀梁，凸型梁，等强度梁，双悬臂梁等多种结构。还有一类悬臂梁是将光纤Bragg光栅设置为拉伸状态，见图2，光纤Bragg光栅一端固定在外壳上，一端固定在悬臂梁上，使光纤Bragg光栅处于拉伸应变状态。

上述第一类结构的光纤Bragg光栅应变取决于悬臂梁表面的应变和粘贴的强度，受封装工艺的影响大，粘贴胶层不均匀直接导致光纤受力不均匀，也对梁的尺寸和振子的质量有较高要求。为了加大梁的应变量，需要使梁的长度尺寸减小，振子质量增大；有时为了使光纤Bragg光栅的各处应变一致相同，采用等强度梁结构。这种结构需要探头加工完成后再进行光纤Bragg光栅粘贴。

在第二种结构中，光纤Bragg光栅处于拉伸状态，为了固定光纤Bragg光栅，需通过光纤Bragg光栅使振子与外壳结合在一起。这种结构受限于光纤Bragg光栅的预拉伸，受到封装工艺的影响比较大，不便于安装和维护。

发明内容

本发明目的是提供一种便于安装，灵敏度较高的光纤Bragg光栅振子，解决目前光纤Bragg光栅振子安装和光纤Bragg光栅应变的问题，减小光纤Bragg光栅传感器的封装难度，使光纤Bragg光栅传感器的灵敏度易于控制。

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，包括外壳(1)，非直悬臂梁(2)，振子(3)，光纤Bragg光栅(4)，光纤Bragg光栅引出线(5)。非直悬臂梁(2)一端与外壳(1)固定连接，另一端与振子(3)连接，光纤Bragg光栅(4)的两端与非直悬臂梁(2)两端的水平部分固定连接，其中光纤Bragg光栅引出端与引出线(5)连接。

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，其特征在于，所述的探头结构由一个非直悬臂梁(2)和振子(3)组成，在非直悬臂梁(2)上布置光纤Bragg光栅(4)。

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，其特征在于，所述的非直悬臂梁是U型的，V型的，或是圆弧型的。

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，其特征在于，所述的非直悬臂梁横截面是圆形的，矩形的，或是方形的。

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，其工作原理为，非直悬臂梁一端振子在外部激振力的作用下，产生上下振动，结果非直悬臂梁的变形使其两端的距离也随之发生变化。由于光纤Bragg光栅的两端固定在非直悬臂梁两端上，振子的振动导致光纤Bragg光栅产生应变变化，使光纤Bragg光栅中心波长产生漂移，通过检测波长的漂移量可实现对振子加速度等物理量的测量。

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构具有如下优点：通过将直型悬臂梁改进为非直悬臂梁，光纤Bragg光栅的两端固定在非直悬臂梁的两端，光纤Bragg光栅由粘贴安装方式改变为拉伸形式。通过对光纤Bragg光栅的预拉伸，可以使工作状态的光纤Bragg光栅一直处于拉伸状态。由于光纤Bragg光栅与非直悬臂梁之间的安装和制造是单独进行的，不需要在传感器的壳体内部进行，简单易行，安装方便。又由于非直悬臂梁的结构特点，根据需要调整其非直部分的尺寸，增大和减小光纤Bragg光栅的工作应变，实现对应变值的增敏，方法简单易行，调节效果显著。

附图说明

图1为悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器(贴片式)

图2为悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器(拉伸式)

图3为本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构的示意图，悬臂梁为U型悬臂梁。

图4为本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构的示意图，悬臂梁为圆弧型悬臂梁。

图5为本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构的示意图，悬臂梁为V型悬臂梁。

图中，1-外壳；2-U型悬臂梁；3-振子；4-光纤Bragg光栅；5-光纤Bragg光栅引出线。

图6为实施的方案图。

具体实施方式

本发明一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，解决目前光纤Bragg光栅地震检波器的探头安装不便，应变较小的问题。具体实施的方案图，见图6。通过将直型悬臂梁改进为非直悬臂梁，光纤Bragg光栅的两端固定在非直悬臂梁的两端，光纤Bragg光栅由粘贴安装方式改变为拉伸形式。通过对光纤Bragg光栅的预拉伸，可以使工作状态的光纤Bragg光栅一直处于拉伸状态。由于光纤Bragg光栅与非直悬臂梁之间的安装和制造是在壳体外部单独进行，简单易行，安装方便。又由于U型悬臂梁的结构特点，根据需要调整U型的尺寸，增大和减小光纤Bragg光栅的工作应变，方法简单易行，调节效果显著。

为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

见图6。非直悬臂梁(2)一端与外壳(1)固定连接，另一端与振子(3)连接，光纤Bragg光栅(4)的两端与非直悬臂梁(2)两端的水平部分固定，其中光纤Bragg光栅引出端与引出线(5)连接。非直悬臂梁一端振子在外部激振力的作用下，产生上下移动的振动，非直悬臂梁产生绕度变形，则非直悬臂梁两端的距离也随之发生变化。光纤Bragg光栅的两端固定在非直悬臂梁两端上，振动导致光纤Bragg光栅产生应变变化，使光纤Bragg光栅中心波长产生漂移，通过检测中心波长的漂移量可实现对加速度等物理量的测量。

非直臂梁是U型的，V型的，或是圆弧型形式，横截面是圆形的，矩形的，或是方形的。

Claims (4)

1.一种光纤Bragg光栅地震检波器的探头结构，包括外壳(1)，非直悬臂梁(2)，振子(3)，光纤Bragg光栅(4)，光纤Bragg光栅引出线(5)。非直悬臂梁(2)一端与外壳(1)固定连接，另一端与振子(3)连接，光纤Bragg光栅(4)的两端与非直悬臂梁(2)两端的水平部分固定连接，其中光纤Bragg光栅引出端与引出线(5)连接。

2.根据权利要求1所述的光纤Bragg光栅地震检波器的探头，其特征在于，所述的探头结构由一个非直悬臂梁(2)和振子(3)组成，在非直悬臂梁(2)上布置光纤Bragg光栅(4)。

3.根据权利要求1所述的光纤Bragg光栅地震检波器的探头，其特征在于，所述的非直悬臂梁是U型的，V型的，或是圆弧型的。

4.根据权利要求1所述的光纤Bragg光栅地震检波器的探头，其特征在于，所述的非直悬臂梁横截面是圆形的，矩形的，或是方形的。

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