[发明专利]光纤震动传感探头及光纤微震监测系统

说明书

本发明提供一种光纤震动传感探头及光纤微震监测系统，该传感探头包括壳体，具有容置腔体；阻尼液或阻尼机构，容置于壳体的容置腔体内；至少一薄板悬臂梁，设置于容置腔体内，且薄板悬臂梁的固定端固定安装于所述壳体的壳壁；一对并列设置的光纤干涉仪，该光纤干涉仪的一端位于所述壳体外部作为光输入端，另一端伸入所述壳体内部并固定于所述薄板悬臂梁的表面；所述光纤干涉仪的伸入所述壳体内部的分段的内部沿光输入方向间隔设置有两个反射界面，通过控制所述一对光纤干涉仪中各自的两个反射界面的间距来使所述一对光纤干涉仪的相位差奇数倍π/2。本发明的光纤微震监测系统具有小型化、低成本、温度不敏感、高灵敏的特点，可应用于不同的应用场景。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及光纤震动传感探头及光纤微震监测系统。

背景技术

经济持续高速发展大大推动了我国资源开发和基础工程建设，大规模深部矿产资源开采、 水电建设与深埋隧道建设已成为我国采矿工业和基础工程发展的大势所趋。自二十世纪六十 年代以来，由于在矿山动力灾害、冲击地压、矿震、岩爆预警、煤与瓦斯突出预警、突水预 测、大坝边坡健康监测、油气勘测等领域得到规模应用并取得显著效益，微震监测技术越来 越受到关注和重视。对比传统电学震动传感器和微震监测系统，光纤震动传感器和光纤微震 监测系统具有高灵敏度、抗电磁干扰、本征安全、方便遥测和大规模组网等优点，可以在易 燃易爆、高温高湿等特殊场景中应用。

目前光纤微震监测系统按照传感机理和解调方案，主要分为强度型、光纤光栅型和干涉 型。强度调制型光纤微震监测系统结构简单，但是测量精度差，无法应用于微震监测场景。 光纤光栅型光纤微震监测系统适用于煤矿等软岩环境，但由于工作频率带宽较窄、分辨率差， 无法适用于金属矿山等硬岩环境的微震监测要求，且光纤光栅型光纤微震监测系统需要对温 度进行补偿，系统较复杂。干涉型光纤微震监测系统具有灵敏度高和工作频带可灵活设计的 优点，但通常需要高成本的窄线宽激光器和复杂的零差或者外差解调电路系统。因此，提供 一种，对于应力场扰动所诱发的微破裂和微震事件监测十分有意义。。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种小型化、低成本、温度不敏 感的光纤震动传感探头和测量精度高、结构简单、解调算法失真小的光纤微震监测系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光纤震动传感探头，所述光纤震动传 感探头包括：

壳体，具有容置腔体；

阻尼液或阻尼机构，容置于所述壳体的容置腔体内；

至少一薄板悬臂梁，设置于所述容置腔体内，且所述薄板悬臂梁的固定端固定安装于所 述壳体的壳壁；

一对并列设置的光纤干涉仪，所述光纤干涉仪的一端位于所述壳体外部作为光输入端， 另一端伸入所述壳体内部并固定于所述薄板悬臂梁的表面；

其中，在每个所述光纤干涉仪内，沿光入射方向间隔设置有两个反射界面，并且两个所述反 射界面位于对应的所述光纤干涉仪的位于所述壳体内部的分段上，通过控制所述一对光纤干涉 仪中各自的两个反射界面的间距来使所述一对光纤干涉仪的相位差奇数倍π/2。

在一可选实施例中，所述光纤震动传感探头还包括固定装置，设置于所述壳体的壳壁上， 所述薄板悬臂梁的固定端通过所述固定装置固定安装于所述壳体的壳壁上。

在一可选实施例中，所述光纤干涉仪包括依次设置且相互连接的第一光纤分段、第二光 纤分段和第三光纤分段；所述第二光纤分段具有中空管状结构，所述第一光纤分段的与所述 第二光纤分段连接的一端表面作为一个反射界面，所述第三光纤分段与所述第二光纤分段连 接的一端表面作为另一个反射界面。

在一可选实施例中，所述第一光纤分段包括单模光纤，所述第二光纤分段包括空心光纤， 所述第三光纤分段包括单模光纤、多模光纤、保偏光纤和无芯光纤中的任意一种。