[发明专利]一种共质心双盘片差分式光纤矢量地震计

说明书

本发明属于光纤传感领域，具体涉及到一种共质心双盘片差分式光纤矢量地震计。本发明包括计算机、解调系统、光纤地震传感器；其中光纤地震传感器包括三个单轴矢量传感单元、机械框架、外壳、光纤器件盒、光电转换电路等；单轴矢量传感单元中的敏感光纤与双弹性盘片内外表面中间区域复合构成差分式结构；三个单轴矢量传感单元相互垂直交叉堆叠放置，质心重合。本发明的优点是双盘片差分式光纤矢量地震计的灵敏度高，尺寸小，三个单轴矢量传感单元在结构上质量共心，可精确探测空间一点的三维振动信息，提升地震反演精度。

技术领域

本发明设计属于光纤传感领域，具体涉及到一种共质心双盘片差分式光纤矢量地震计。

背景技术

地球的地质活动非常活跃，全球每年具有破坏性的地震超过了上百次，对世界人民的生命财产造成了严重的损失。地震观测是关乎人民生命财产安全的前沿领域，提高地震预报水平和能力迫在眉睫。为了达到这个目的，首先得发展出准确可靠的地震探测手段，获得大量与地震相关的数据，以提升对地震的了解，进而提高预报地震的能力。“高灵敏度、宽频带、超大动态范围”成为地震计的主要发展方向，而加速度计是一种比较常用的地震测量装置。

近年来，由于光纤传感技术的迅猛发展，特别是光学信号解调技术的发展，利用光纤传感器进行地震前兆观测是一种独具优势的地震监测新手段。光纤传感技术以光纤为媒质、光为载体，是一种全光测量方法，具有本质无源、体小质轻、高精度、抗电磁干扰、抗雷击、不怕漏水漏电、耐腐蚀、耐高温高压、不存在零漂问题，便于组网以及长距离传输等一系列独特的优势。众多研究者投入大量的精力在光纤传感技术研究上，越来越多的基于光纤的传感器相继问世，而且得益于光学信号解调技术的进步，光纤系统所能携带的信息量越来越丰富，有逐渐替代传统电学传感器的趋势。由于光纤本身尺寸非常小，直接将光纤作为传感器很难发挥出光纤的全部性能，所以需要将光纤和其他结构复合在一起，以进一步挖掘光纤传感器的潜力，其中将光纤和机械结构复合是一种较为常用的复合方式。通过使用特殊的机械装置与光纤相互复合，组成换能器结构，可以将光纤本身不敏感的物理量转换成敏感物理量，比如位移、速度、加速度等。光纤加速度计是一种基于光纤传感技术的新型加速度计，可应用于航空航天、地震探测、石油勘探等领域。由于传统加速度计易受电磁干扰、不耐高温、不抗腐蚀，还没有比较成熟的可用于深井环境地震观测的地震计，因此光纤加速度计在深井探测有着极大的优势。通过与不同的机械结构相互复合，光纤加速度计可以设计成各种各样的结构形式，常见类型有弹簧振子型、弹性梁型、弹性膜片型等。这些加速度计的共同特征是都是由三个主要部分组成，分别是固定单元、弹性单元、惯性单元，其中固定单元一般指结构框架，其主要作用是支撑和固定加速度计的整体结构，如用于固定弹性单元；弹性单元一般指弹簧、弹性梁、膜片等，是加速度计中的主要形变单元；惯性单元一般是指质量块，是加速度计中的加速度敏感单元。一般情况下光纤和弹性单元或惯性单元组合成换能器，当有加速度时，作用到惯性单元后会引起质量块等发生位移，然后带动弹性单元发生变形，最终使光纤的工作状态发生变化，从而将加速度信号转换成光纤内部的光信号，如光相位改变等，通过解光信号中的相位信息即可获得加速度信号。