[发明专利]微弱振荡监测光纤传感器及其构成的传感器系统以及系统的应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，具体地说，是涉及一种微弱振荡监测光纤传感器及其构成的传感器系统以及系统的应用方法。

背景技术

地震从孕育到发震的过程中，会产生压电效应、动电效应、热电效应等，他们能导致岩石在微破裂时产生电荷积累与释放，从而使震源区辐射出频谱很宽的电磁波，这就是所谓的辐射异常，这种异常现象会在地震前传播到地球表面，并形成特定的可观测前兆。地震前兆主要包括：大地形变、应力形变、次声波、地电磁场、重力场、水文地球化学、地下流体动态等异常变化，通常情况下，这些异常变化十分微弱，采用现有仪器设备无法实时监测，比如地震前的次声波、电磁场和各种辐射等微弱异常变化能被鸡、狗、青蛙、鱼类等感知，但是却无法被次声波、电磁等传统精密测量系统及时检测到，这是一直困扰地震预报的“瓶颈”问题。但是，这种变量的微弱异常变化特别是次声波异常现象是存在的，如果能够对这种微弱次声波异常进行监测就能实现对地震的准确预报。通过对这种微弱变量的长期监测与变化规律分析，就能够为预报地震提供准确的可靠数据。

强度调制型光纤位移传感器是目前应用最广泛的一种光纤位移传感器，其工作原理是，利用被测量的扰动改变光纤中光信号的强度，通过测量输出光强的变化规律实现对被测量的测量，由于环境参数变化扰动与光强损耗存在较好的线性关系，强度调制型光纤位移传感器的性能比较稳定，灵敏度和测量精确度都比较高。但是，由于强度调制型光纤位移传感器的理论模型还不够系统化，且传感器的测量结果取决于射入光强的变化特性、传感光纤的耦合损耗、传输损耗、光电器件的耦合损耗等综合因素，外加传统强度调制型光纤位移传感器是通过两个被测量的差值得出测量结果的，因此测量精确度有限且分辨率很难达到0.1nm量级，相当于多模光纤纤芯直径的10^-6倍，或单模光纤纤芯直径的10^-4倍。

光纤位移传感器是强度调制型光纤位移传感器的典型代表，假设透射式光纤位移传感器的发射光纤和接收光纤均为阶跃折射率光纤，透镜的半径为r，遮光板的位移量为x，在线性近似条件下，可得到透射式光纤传感器的不透光面积百分比为：

     （1）

显然，当x小于时，透射光损耗小于-77dB，这对于传统透射式光纤传感器来说是一个可以忽略的变化量。根据公式（1）计算可以得到如下表所示的数据：