地震勘探用检波器及其检波系统技术方案

本发明专利技术提供一种地震勘探用检波器及其检波系统，该检波器包括：光纤布拉格光栅、质量块、弹性部件、检波器外壳，其中所述光纤布拉格光栅与质量块相连；所述质量块通过所述弹性部件与所述检波器外壳相连接，并通过振动来改变光纤布拉格光栅的周期或折射率。本发明专利技术的检波系统对地震信号的响应具有理想的频带和尽可能大的动态范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震勘探
，尤其涉及地震勘探中的检波
， 具体地讲是地震勘探用检波器及其检波系统。
技术介绍
目前，地震勘探技术不仅广泛用于石油和矿产资源勘探，而且还广泛用 于地质灾害的调査例如山体滑坡、地面塌陷等，和水文勘察例如寻找水源等， 以及工程质量探测例如大坝质量检测等方面。地震勘探技术是指，依据地层岩石对地震波的弹性反射、折射、绕射或 频散等现象及其动力学特征特性，通过地震波传播特性，用地震检波器单元 在地面或井中采集来自地下目标体反射、折射、绕射或频散的信号，经采集 站传输到地震仪并记录下来，最后通过计算机对所记录的信号进行技术处理 和地质解释，从而推断地质差异体的结构、构造，预测油气储层或工程体等 的技术，其勘探过程如图l所示。而用于上述地震勘探的上述检波器单元是一种将振动信号转换为可检 测信号的转换装置，其在地震勘探中起关键作用。而由于大地对低频信号和高频信号吸收程度不同，使反射到地面检波器 的低频信号和高频信号能量相差很大,这就要求信号检测系统有较大的动态 范围。并且为了精确、可靠地进行检测，上述的检波器单元应该对地震信号的 响应，具有理想的频带和尽可能大的动态范围。当前地震勘探仪器的动态范围已达130dB，而检波器的动态范围在50 dB 以下，不能满足高分辨率、大动态范围地震勘探的需要，成为地震勘探的瓶颈，可见目前影响地震勘探精度的关键因素是地震检波器，因而研究和开发 高精度地震检波器有重要的现实意义。在此将中国专利授权公告号CN2558960Y中公开的光纤布喇格光栅传感 器，和中国专利公告号CN1466014Y中公幵的光纤布拉格光栅，以及中国专 利授权公告号CN1153054C中公开的布拉格光栅压力传感器的内容引入于此， 作为本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供地震勘探用检波器及其检波系统，以解决现有技 术当中动态范围小的缺陷。本专利技术的一目的在于，提供一种地震勘探用检波器，该地震勘探用检波 器包括光纤布拉格光栅、质量块、弹性部件、检波器外壳、阻尼环，其中所 述光纤布拉格光栅与质量块相连；所述质量块通过所述弹性部件与所述检波 器外壳相连接，并通过振动来改变光纤布拉格光栅的周期或折射率。本专利技术的另一目的在于，提供一种检波系统，所述检波系统包括检波 器，该检波器包括光纤布拉格光栅、质量块、弹性部件、检波器外壳、阻 尼环，其中所述光纤布拉格光栅与质量块相连；所述质量块通过所述弹性部 件与所述检波器外壳相连接，并通过振动来改变光纤布拉格光栅的周期或折 射率，生成光信号；解调装置，其通过光纤与所述检波器相连，并将所述光 信号转换为光功率信号；光电转换装置，其接收所述光功率信号，并将该光 功率信号转换为电信号；A/D转换装置，其接收所述电信号，并将其转换为 数字信号；数字处理装置，其接收所述数字信号，并根据所述数字信号绘制 波形图。本专利技术的检波器突破了传统检波器的瓶颈，使检波器的性能得到了极大 的改善，将引起地震勘探装备的革命。本专利技术的检波系统对地震信号的响应具有理想的频带和尽可能大的动态范围。 附图说明图1所示的是现有的地震勘探过程的示意图。图2所示的是本专利技术的地震勘探用检波器的等效模型图。图3所示的是本专利技术的地震勘探用检波系统的结构框图。图4A所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的示意图。图4B所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的质量块示意图。 图4C所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的弹片的示意图。 图4D所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的弹片的弹性示 意图。图5所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用捡波系统的光电转换装置 和放大电路的电路图。图6所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波系统的滤波器的电路图。图7所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波系统的A/D转换装置 的框图。图8A所示的是本专利技术的实施例1的光纤布拉格光栅直接拉伸压縮法检 波器的光栅应变与外激励加速度的幅频特性图。图8B所示的是本专利技术的实施例1的光纤布拉格光栅直接拉伸压縮法检 波器的光栅应变与外激励加速度的相频特性图。图9所示的是实施例1的一测试输出电压与光纤布拉格光栅应变关系图。图IOA所示的是本专利技术的实施例2的地震勘探用检波器的示意图。图IOB所示的是本专利技术的实施例2的地震勘探用检波器的质量块的示意图。图10C所示的是本专利技术的实施例2的地震勘探用检波器的弹片的示意图。图IIA所示的是本专利技术的实施例2的光纤布拉格光栅弹性梁法检波器光栅应变与外激励加速度的幅频特性图。图IIB所示的是本专利技术的实施例2的光纤布拉格光栅弹性梁法检波器光 栅应变与外激励加速度的相频特性图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的具体实施方式。图2所示的是本专利技术的地震勘探用检波器的等效模型图。如图2所示， 本专利技术的地震勘探用检波器包括光纤布拉格(Bragg)光栅、质量块、弹 性部件(例如弹簧)、检波器外壳、阻尼环，其中所述光纤布拉格光栅与质 量块相连；所述质量块通过所述弹性部件与所述检波器外壳相连接，并通过 振动来改变光纤布拉格光栅的周期或折射率。图3所示的是本专利技术的地震勘探用检波系统的结构框图。如图3所示， 本专利技术的地震勘探用检波系统包括检波器301，该检波器包括光纤布拉 格光栅、质量块、弹性部件、检波器外壳、阻尼环，其中所述光纤布拉格光 栅与质量块相连；所述质量块通过所述弹性部件与所述检波器外壳相连接， 并通过振动来改变光纤布拉格光栅的周期或折射率，生成光信号；解调装置 303，其通过光纤302与所述检波器301相连，并将所述光信号转换为光功 率信号；光电转换装置304，其接收所述光功率信号，并将该光功率信号转 换为电信号；A/D转换装置305，其接收所述电信号，并将其转换为数字信 号；数字处理装置306，其接收所述数字信号，并根据所述数字信号绘制波 形图。实施例1图4A所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的示意图，图4B所示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的质量块示意图，图4C所 示的是本专利技术的实施例1的地震勘探用检波器的弹片的示意图。如图4A、图4B、图4C所示，本实施例的地震勘探用检波器为一光纤布拉格光栅直接拉 伸压縮法检波器，其中金属化的光栅(布拉格光栅带宽小于0.2nm，长度小 于5mm)刻于光纤405，并且其一端粘接于振动质量块404、 406，质量块 的质量M为图1中的404与406之和，上述光栅的另一端粘接于调整块410， 并最终与检波器外壳409相连，另外本实施例的光纤布拉格光栅直接拉伸压 縮法检波器可以通过微调螺母411来调整光纤的初始应力状况。质量块与检 波器外壳409的间距为L。弹片401、 407的一端通过支环402、 403固定， 其另一端与质量块404、 406连接(弹片401的弹性如图4D所示)。另外在本实施例中为了方便质量块与弹簧片的装配，质量块是由两部分 组成、即由图2的404和406组成，质量块的材料为不锈钢，密度为p = 7.8g/cm3 ，并且为了保证检波器侧向的无方向性，其形状为圆柱形，且质量块的质量为 M = 28.3g 。并且，为了增大阻尼比，在质量块404、 406与检波器外壳9的环形空间、 即图1的阻尼环408与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地震勘探用检波器，其特征在于，所述地震勘探用检波器包括光纤布拉格光栅、质量块、弹性部件、检波器外壳，其中所述光纤布拉格光栅与质量块相连；所述质量块通过所述弹性部件与所述检波器外壳相连接，并通过振动来改变光纤布拉格光栅的周期或折射率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陶果，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]