基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统，包括：分布式光纤声传感解调仪(1)，该分布式光纤声传感解调仪用于发射光脉冲，并对反射的瑞利散射光进行相位解调；传输光缆(2)，用于传输光脉冲，并产生瑞利散射光。光纤检波器阵列(3)，其包括多个光纤检波器单元(30)，每个光纤检波器单元按照一定的间隔固定在所述传输光缆上，用于对微弱地震波信号的探测。本发明专利技术通过分布式光纤声传感技术实现大规模传感单元组网，通过声压增敏实现对微弱地震波信号探测，该光纤检波器系统具有结构简单、组网能力强、成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气矿藏资源勘探
，特别是用于探测地震波的光纤传感领域。
技术介绍
地震检波器是用于地质勘探和工程测量的专用传感器，地震检波器的性能直接决定了地震勘探资料的质量。随着油气资源的紧缺，地震勘探向着高分辨率、高精度、深层勘探的方向发展，对检波器的性能也提出了更高的要求。传统动圈检波器动态范围小、灵敏度低、抗电磁干扰能力差。在可获得更高分辨率的井下垂直地震剖面法中，传统检波器更突显了体积笨重、操作复杂、系统可靠性低的缺点。因此，检波器本身的性能越来越成为地球物理勘探等多种勘探领域中的首要技术要求。与传统的动圈检波器相比，光纤检波器具有体积小、重量轻、抗腐蚀、抗电磁干扰、传输距离长、使用方便的特点，作为一种新型的地震检波技术，在油气矿藏资源勘探领域有着重要应用价值。近些年来，出现了各种不同类型的光纤检波器系统：一种是基于光纤光栅或者激光器的光纤检波器系统(申请号：CN101915940A)，采用光纤光栅或光纤激光器作为敏感单元，经增敏封装(比如涂覆)形成光纤检波器，通过波分复用和空分复用来增加检波器单元数量，因此光纤检波器间需要诸多分束合束单元和连接保护单元，导致该类型光纤检波器系统光路复杂，光器件过多，制作困难，成本高。一种是基于干涉仪的光纤检波器系统(申请号：CN104199086A)，采用一对波长相同的光纤光栅形成FP干涉仪，通过级联实现光纤检波器阵列。该类型光纤检波器系统需要光纤光栅作为反射镜，光纤光栅在高温情况下会出现反射率退化，影响系统性能指标，此外随着光纤检波器数量的增加，光纤光栅数量必然增加，进而导致信号光功率的下降，因此该类型光纤检波器系统的检波器数量受限，无法实现大规模的组网。分布式光纤传感技术利用检测传输光纤中背向瑞利散射光的相位信号来实现分布式振动或声传感。当外界振动或声音作用于传输光纤某一位置时，该位置处的光纤将会感受到外界应力或应变的作用，引起光纤拉伸和折射率变化，进而引起导致背向散射光在传输时的相位发生变化，因此通过检测相位变化来实现对外界振动或声音的测量。基于相位生成载波技术的分布式光纤声传感系统(申请号CN201410032610)可以实现传输光纤任意位置处的振动或声信号探测，但由于传输光纤灵敏度较差，难以用于微弱地震波信号的探测。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统，具备大规模阵元数量的优势，同时具有微弱地震波信号探测能力，且结构简单，成本低。为达到上述目的，本专利技术提出了一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统，包括：分布式光纤声传感解调仪，该分布式光纤声传感解调仪用于发射光脉冲，并对反射的瑞利散射光进行相位解调；传输光缆，用于传输光脉冲，并产生瑞利散射光。光纤检波器阵列，其包括多个光纤检波器单元，每个光纤检波器单元按照一定的间隔固定在所述传输光缆上，用于对微弱地震波信号的探测。本专利技术的优点在于，通过分布式光纤声传感技术实现大规模传感单元组网，通过声压增敏实现对微弱地震波信号探测，该光纤检波器系统具有结构简单、组网能力强、成本低等特点。附图说明为进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实例和附图对本专利技术作一详细的描述，其中：图1是本专利技术提供的一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统的示意图。图2是本专利技术中悬臂梁式光纤检波器单元的结构示意图。图3是本专利技术中芯轴式光纤检波器单元的结构示意图。图1中，1为分布式光纤声传感解调仪、2为传输光缆、3为光纤检波器阵列、30为光纤检波器单元。图2中，301为传输光缆中的传输光纤、302为悬臂梁结构件、303为质量块。图3中，301为传输光缆中的传输光纤、304为弹性圆柱体、305为质量块、306为刚性支架。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参考图1，本专利技术提供一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统，包括：一分布式光纤声传感解调仪1，该分布式光纤声传感解调仪用于发射光脉冲，并对反射的瑞利散射光进行相位解调。一传输光缆2，用于传输光脉冲，并产生反向瑞利散射光。一光纤检波器阵列3，该光纤检波器阵列由若干光纤检波器单元30组成，实现对微弱地震波信号的探测。光纤检波器单元用于对传输光纤进行振动增敏，可采用悬臂梁式或者芯轴式结构。在本实施例中，分布式光纤声传感解调仪用于发射光脉冲，并对光纤瑞利散射光进行相位解调。分布式光纤声传感解调仪能够还原传输光缆和光纤检波器阵列任意位置处的振动或者声信号，其空间分辨率一般在1m至10m之间，对于10km的传感距离，可以得到1000至10000个传感单元。传输光缆一般采用铠装光缆，光缆内部的传输光纤能够探测外界振动或者声信号，但探测能力有限，无法满足微弱信号探测。针对微弱地震波信号，需要对传输光缆内部的传输光纤进行振动增敏形成光纤检波器单元，光纤检波器单元通过空间串联形成光纤检波器阵列，检波器单元之间无任何光器件且无需熔接。为保证光纤检波器单元间不存在串扰，光纤检波器单元间隔应大于等于光纤声传感解调仪的空间分辨率。基于分布式声传感技术的光纤检波器单元是通过对将传感光缆中的一段传输光纤直接进行振动增敏而形成的独立传感单元，无需任何光纤光栅、光纤激光器、光纤耦合器等光学元件，因此结构简单、制作容易且成本低。根据增敏方式不同对应类型的光纤检波器单元，图2为悬臂梁式光纤检波器单元的结构示意图，图3为芯轴式光纤检波器单元的结构示意图。如图2所示，悬臂梁式光纤检波器单元包括悬臂梁结构件302和质量块，悬臂梁结构302的底边固定在待测对象上，质量块303固定在悬臂梁结构302悬置的上边；所述悬臂梁式光纤检波器单元其用于将一段传输光纤301粘贴在悬臂梁结构件302上表面(定义为XY平面)，悬臂梁的质量块303用于感受垂直于悬臂梁结构件表面方向(Z方向)的外界振动信号，当有Z方向的振动时，质量块带动引起悬臂梁结构件产生形变，进而带动粘贴在悬臂梁结构件表面的光纤发生形变，实现对微弱振动信号(比如地震波)的探测。传输光纤可以采用各种形状粘贴在悬臂梁结构件表面，比如直线型，S型等。通过调整粘贴在悬臂梁结构件表面的传感光纤长度来调节悬臂梁式光纤检波器单元的灵敏度。其中悬臂梁结构是具有一定形状的结构，其一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统，包括：分布式光纤声传感解调仪(1)，该分布式光纤声传感解调仪用于发射光脉冲，并对反射的瑞利散射光进行相位解调；传输光缆(2)，用于传输光脉冲，并产生瑞利散射光。光纤检波器阵列(3)，其包括多个光纤检波器单元(30)，每个光纤检波器单元按照一定的间隔固定在所述传输光缆上，用于对微弱地震波信号的探测。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检波器系统，包括：
分布式光纤声传感解调仪(1)，该分布式光纤声传感解调仪用于发射
光脉冲，并对反射的瑞利散射光进行相位解调；
传输光缆(2)，用于传输光脉冲，并产生瑞利散射光。
光纤检波器阵列(3)，其包括多个光纤检波器单元(30)，每个光纤
检波器单元按照一定的间隔固定在所述传输光缆上，用于对微弱地震波信
号的探测。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检
波器系统，其中，所述光纤检波器单元的间隔应大于等于所述分布式光纤
声传感解调仪的空间分辨率。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检
波器系统，其中所述光纤检波器单元(30)用于对所述传输光缆中的传输
光纤进行地震波增敏。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检
波器系统，其中所述光纤检波器单元(30)采用悬臂梁式或者芯轴式结构。
5.根据权利要求4所述的一种基于分布式光纤声传感技术的光纤检
波器系统，其中所述光纤检波器单元(30)包括悬臂梁结构件(302)和
质量块(303)；所述悬臂梁结构件(302)的底边固定；其中，所述传输
光缆中的传输光纤粘贴在所述悬臂梁结构件上表面，所述质量块303固定
在所述悬臂梁构件的上表面。
6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐团伟，方高升，蒋越，李芳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11