[实用新型]一种光纤光栅地震检波器

说明书

一、技术领域：

本实用新型涉及一种振动传感器，特别涉及一种在地球物理勘探应用中，采集振动信息所使用的的光纤光栅地震检波器。

二、背景技术：

地震勘探使用检波器采集地震波信号，这些资料处理后能够反演出地下的地质结构，广泛应用于石油、煤炭和矿山等行业。过去几十年通常采用电磁式检波器，但随着地震勘探面临：目的层更深、地表条件更复杂、资料要求更精细以及人类活动带来的电磁干扰更多等因素的影响，原有技术已经不能适应越来越高的要求。

新型检波器的发展动向主要体现在微电子机械(MEMS)，新型压电材料以及光纤传感技术等几个领域。其中光纤技术以其独特的优点吸引着研究人员的目光，在光纤振动传感器，光栅振动传感器等题目下，涌现出许多的科研论文、实验报告和专利申请，如授权公告号为CN2784933Y的中国专利公开了《光纤光栅加速度传感器》；授权公告号为CN2911635Y的中国专利公开了《双旋臂梁光纤光栅振动传感器》；公开号为CN1587946A的中国专利公开了《基于光纤光栅的光纤微振动传感器》；公开号为CN1752729A的中国专利公开《可调谐匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器》。这些技术均采用了公知的《光栅粘贴于悬臂梁+质量体》振动响应结构，并进行了适用于自己专利保护范围的创新，但上述发明和实用新型都没有涉及地震检波器所面临的一些问题如：阻尼、非线性失真等问题的解决方案。

具有实际应用前景的地震检波器，不仅要求具有全面优良的技术指标：包括灵敏度、动态范围、阻尼、非线性失真、工作频带以及电磁干扰抑制能力等，而且也受到实际应用所面临的工程约束，如：体积、重量、成本、恶劣环境适应能力以及使用维修的便利程度等，这些指标对传感器的设计提出了许多互相矛盾的苛刻要求。所以，尽管光纤振动传感器具有良好的应用前景，但其实用化还面临很多困难。

三、发明内容：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种光纤光栅地震检波器，解决灵敏度、阻尼、非线性失真等技术问题以及它们与体积、重量、成本之间的矛盾。

其技术方案是：至少包括检波器外壳、臂梁固定支撑座、圆环骨架、阻尼线圈、阻尼磁铁、悬臂、支撑辅臂和布拉格光栅，阻尼线圈缠绕在圆环骨架上构成检波器的质量体，质量体连接在悬臂梁的悬空端，布拉格光栅连接在悬臂上，构成振动敏感悬臂，所述的振动敏感悬臂和质量体共同组成了光栅检波器的振动响应基本结构；在圆环骨架的下侧和靠近悬臂梁固定支撑座的下侧使用一根支撑辅臂连接，用于降低非线性失真；圆环骨架、阻尼线圈与阻尼磁铁构成检波器的阻尼装置，阻尼系数可以通过线圈匝数控制。

上述的悬臂和支撑辅臂采用碳纤维材料。

上述的支撑辅臂的一端固定于质量体的底端，另一端固定于悬臂的靠近固定端，支撑辅臂的优选参数为：宽度等于主悬臂的三分之二，厚度等于主悬臂的三分之一。

上述的圆环骨架采用铜或铝金属制成，圆环，圆环外侧上下绕制阻尼线圈并短路连接，上下线圈的中心位置设有阻尼磁铁。

上述的布拉格光栅上设有光栅尾纤，所述的光栅尾纤盘绕在储纤盘上，通过FC-PC接头连接到光纤适配器。

本实用新型的工作过程如下：当质量体响应外界的振动发生位移时，带动悬臂梁产生弯曲，粘贴在悬臂梁上的传感光栅感受到这个弯曲的应变，产生布拉格反射波峰漂移，光路检测系统通过比较传感光栅的反射峰与参考光栅的反射峰位置变化，测量并获得与振动有关的振幅、频率等参数。

地震勘探通常工作在5Hz-500Hz的低频频带，并且要求传感器尽量体积小、重量轻，这些因素都要求降低悬臂的厚度；为了保证在苛刻应用条件下：如多次跌落的强烈震动及高低温反复冲击时仍完好无损，悬臂的材料应具有优异的弹性以及与光纤光栅相近的物理性质，这样才能保证二者粘贴，融为一体的良好效果。为满足如上所述要求，本实用新型的悬臂和支撑辅臂采用碳纤维材料。

由于地震检波器工作在低频，其悬臂很软，容易发生横向的扭曲和纵向的波浪变形。当记录垂直方向的地震波时，水平方向的地震波造成悬臂的横向扭曲，在地震记录上反应为假频失真，悬臂纵向的波浪变形，造成地震记录出现谐波失真，这些都必须抑制。经过反复试验，发明人采用一根辅助支撑的斜臂，一端固定于质量体的底端，另一端固定于悬臂的靠近固定端，这样设计有助于减小非线性失真。本实用新型的特征在于：在悬臂固定端和质量体下端之间安装有一根降低非线性失真的支撑辅臂。支撑辅臂的优选参数为：宽度等于主悬臂的三分之二，厚度等于主悬臂的三分之一，这样能够在不影响悬臂频率响应特性的情况下，大大降低非线性失真。