[发明专利]一种光纤重力梯度仪及重力梯度测量方法

权利要求书

1.一种光纤重力梯度仪，其特征在于，包括

光信号相位调制器，用于对输入的信号光进行光信号相位调制以提高信号的抗干扰特性；

干涉仪光路系统，用于接收光信号相位调制器输出调制后的信号光并产生干涉，其中该干涉仪光路系统的干涉光路上设有一光纤重力梯度探头，该光纤重力梯度探头与一驱动源连接，该驱动源用于控制该光纤重力梯度探头在竖直方向上振动，从而使该光纤重力梯度探头所在光路上的信号光相位变化；

光电探测器，用于接收该干涉仪光路系统输出的信号光并将其转换为电信号；

模数转换器，与该光电探测器的输出端连接，用于将所述电信号转换为数字信号，并发送给解调系统进行解算，得到重力梯度。

2.如权利要求1所述的光纤重力梯度仪，其特征在于，所述光纤重力梯度探头包括一定子和一质量块，定子与质量块之间通过光纤缠绕束缚；该光纤重力梯度探头所在光路上的信号光从该光纤的一端输入、另一端输出。

3.如权利要求2所述的光纤重力梯度仪，其特征在于，该定子为一倒置的U型结构，开口固定于地面上，该质量块位于该定子的U型底部下方；该定子的U型底部与质量块之间通过所述光纤缠绕束缚。

4.如权利要求2或3所述的光纤重力梯度仪，其特征在于，所述质量块由比重大、物理化学性质稳定的固体或液体组成。

5.如权利要求2或3所述的光纤重力梯度仪，其特征在于，所述光纤为弯曲不敏感单模光纤或保偏光纤。

6.如权利要求2所述的光纤重力梯度仪，其特征在于，所述解调系统根据收到的信息计算出振动时干涉光路的光信号相位变化Δφ，然后通过公式计算得到振动引起的所述光纤长度变化ΔL；然后根据公式计算得到重力梯度其中ΔL＝x(t)，光纤折射率为n，λ为光信号的波长，N为定子与质量块之间缠绕的光纤匝数，A为驱动源的最大驱动加速度。

7.如权利要求6所述的光纤重力梯度仪，其特征在于，所述光信号相位变化Δφ包括光纤轴向伸长带来的相移和应力应变效应带来的相移。

8.一种重力梯度测量方法，其步骤包括：

1)利用光信号相位调制器对输入的信号光进行调制以提高信号的抗干扰特性；然后将调制后的光信号输入干涉仪光路系统；

2)干涉仪光路系统对调制后的信号光产生干涉并输入到光电探测器；其中该干涉仪光路系统的干涉光路上设有一光纤重力梯度探头，该光纤重力梯度探头与一驱动源连接，该驱动源用于控制该光纤重力梯度探头在竖直方向上振动，从而使该光纤重力梯度探头所在光路上的信号光相位变化；

3)光电探测器接收该干涉仪光路系统输出的信号光并将其转换为电信号后输入模数转换器；

4)模数转换器将所述电信号转换为数字信号，并发送给解调系统进行解算，得到重力梯度。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光纤重力梯度探头包括一定子和一质量块，定子与质量块之间通过光纤缠绕束缚；该光纤重力梯度探头所在光路上的信号光从该光纤的一端输入、另一端输出。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述解调系统根据收到的信息计算出振动时干涉光路的光信号相位变化Δφ，然后通过公式计算得到振动引起的所述光纤长度变化ΔL；然后根据公式计算得到重力梯度其中ΔL＝x(t)，光纤折射率为n，λ为光信号的波长，N为定子与质量块之间缠绕的光纤匝数，A为驱动源的最大驱动加速度。