[发明专利]推挽式光纤检波器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种推挽式光纤检波器。

背景技术

光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势，在国防、军事应用领域显得尤为突出，被许多国家列为重点发展的国防技术。

光纤检波器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应，探测地表、地下、以及液体中的地震波信号的仪器。它与传统的压电类传感器相比，有以下主要优势：频带宽、声压灵敏度高、不受电磁干扰、重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优点。

鉴于光纤检波器的如上技术优势，可满足各发达国家在石油、军事等领域的要求，目前已经在此方面积极展开研究。

曾楠等人(一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器，光电子·激光，第16卷第8期)、D.L.GARDNER等人(A fiber-optic interferometric seismometer，Jour.Lightwave Tech.LT-5(7)，953-960，1987)都对光纤检波器进行了报道。其中一类光纤检波器是由一个质量块与一个顺变柱体构成，光纤缠绕在由橡胶等材料做成的顺变柱体上，质量块产生的惯性位移使顺变柱体发生形变，从而使光纤的长度发生变化。通过将质量块放在两段顺变柱体的中间，从而可以形成推挽式结构。

另外一类光纤检波器采用膜片式结构，如王永杰等(盘片式光纤传感器灵敏度计算方法，光学学报27(08)：1387-1392)、Cranch等(High-responsivity fiber-optic flexural disk accelerometers，Jour.Lightwave Tech.18(9)，2000)公开了膜片式加速度计的设计方案。这类方案将光纤缠绕在膜片上，通过在加速度作用下膜片的变形带动光纤产生形变，从而引起光程差发生变化。如果将光纤干涉仪的两臂分别布置在膜片的上下表面，也可形成推挽式结构，但是对光纤布置的位置有一定要求。

在上述技术方案中存在一些共同问题。首先，检波器体积较大，由于要制作顺变柱体或膜片，并留有一定的空间安装质量块等，传感器的体积不能做得很小，一般尺寸都要大于50mm×50mm×40mm。第二，横向灵敏度较大，由橡胶制作的顺变柱体很容易在横向振动下变形，膜片也有不可忽视的横向灵敏度。从目前报道的结果看很容易说明这个问题。第三，制作工艺复杂。顺变柱体类检波器的制作要经历模具设计、浇注、固化、缠绕光纤、组装等多个环节；而膜片类检波器将光纤缠绕在膜片上的难度也较大(王永杰，ZL 200610171659.9，一种光纤应变盘及其制作方法)，这些工艺难度将降低传感器的一致性。第四，上述各种技术方案的传感器单元均不适用于在水下工作的情况，尤其是在深水中当水压比较大的时候，顺变柱体受压变形将使其不能正常工作。虽然可以在检波器外面加耐压护罩，但这无疑增加了系统的复杂程度。

因此，如何减小传感器的体积，减小横向灵敏度的影响，降低制作工艺难度，并使传感器可以工作在陆地和水下是该类光纤检波器目前尚未解决的技术问题，而此类技术问题将很大程度上限制传感器的应用范围。

例如，在井下石油勘探作业中，井口直径不大于110mm，因此传感器的体积必须细小，以保证可以顺利安装于井下。又如，在石油勘探作业中应用时，为了获得清晰的地层剖面成像，一方面，要求检波器的横向灵敏度越低越好，这样才可以分辨不同方向的地震波信号；另一方面，要求检波器必须有很高的一致性。再如，当进行井下和海底石油勘探作业时，要求传感器能够耐静水压，在某些情况下，静水压可达80MPa以上。如上这些应用领域，都对地震检波器提出了苛刻的性能要求，这也是本发明提出的技术背景。

因此，本发明提出一种推挽式光纤检波器，用于在军事领域和石油勘探等民用领域的地震波勘探，重点解决传感器的体积、横向灵敏度、水下静压平衡等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种推挽式光纤检波器，以解决传感器的体积、横向灵敏度、工艺难度及一致性、耐水下静压等问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种推挽式光纤检波器，包括：底座10，用于安装传感臂20；以中心对称方式安装在底座10上的两个传感臂20，用于感受振动信号；以及光纤耦合器30，其同一侧的两端分别连接在两个传感臂20上的传感光纤23的一端，用于使两个传感臂20的传感光纤23中的光发生干涉。