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