一种光纤光栅地震检波器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种在地球物理勘探应用中，采集振动信息所使用的光纤光栅地震检波器。其技术方案是：至少包括检波器外壳、臂梁固定支撑座、圆环骨架、阻尼线圈、阻尼磁铁、悬臂、支撑辅臂和布拉格光栅，阻尼线圈缠绕在圆环骨架上构成检波器的质量体，质量体连接在悬臂梁的悬空端，布拉格光栅连接在悬臂上，构成振动敏感悬臂，所述的振动敏感悬臂和质量体共同组成了光栅检波器的振动响应基本结构；在圆环骨架的下侧和靠近悬臂梁固定支撑座的下侧使用一根支撑辅臂连接，用于降低非线性失真；圆环骨架、阻尼线圈与阻尼磁铁构成检波器的阻尼装置，阻尼系数可以通过线圈匝数控制。其有益效果是：具有灵敏度高，抗电磁干扰等优点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种光纤光栅地震检波器一、
本技术涉及一种振动传感器，特别涉及一种在地球物理勘探应用中，采集振 动信息所使用的的光纤光栅地震检波器。二、
技术介绍
地震勘探使用检波器采集地震波信号，这些资料处理后能够反演出地下的地质结 构，广泛应用于石油、煤炭和矿山等行业。过去几十年通常采用电磁式检波器，但随 着地震勘探面临目的层更深、地表条件更复杂、资料要求更精细以及人类活动带来 的电磁干扰更多等因素的影响，原有技术已经不能适应越来越高的要求。新型检波器的发展动向主要体现在微电子机械(MEMS),新型压电材料以及光 纤传感技术等几个领域。其中光纤技术以其独特的优点吸引着研究人员的目光，在光 纤振动传感器，光栅振动传感器等题目下，涌现出许多的科研论文、实验报告和专利申请，如授权公告号为CN2784933Y的中国专利公开了《光纤光栅加速度传感器》； 授权公告号为CN2911635Y的中国专利公开了《双旋臂梁光纤光栅振动传感器》；公 开号为CN1587946A的中国专利公开了《基于光纤光栅的光纤微振动传感器》；公开 号为CN1752729A的中国专利公开《可调谐匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器》。 这些技术均采用了公知的《光栅粘贴于悬臂梁+质量体》振动响应结构，并进行了适 用于自己专利保护范围的创新，但上述专利技术和技术都没有涉及地震检波器所面临 的一些问题如阻尼、非线性失真等问题的解决方案。具有实际应用前景的地震检波器，不仅要求具有全面优良的技术指标包括灵敏度、动态范围、阻尼、非线性失真、工作频带以及电磁干扰抑制能力等，而且也受到实际应用所面临的工程约束，如体积、重量、成本、恶劣环境适应能力以及使用维修的便利程度等，这些指标对传感器的设计提出了许多互相矛盾的苛刻要求。所以， 尽管光纤振动传感器具有良好的应用前景，但其实用化还面临很多困难。三、
技术实现思路
本技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种光纤光栅地震检 波器，解决灵敏度、阻尼、非线性失真等技术问题以及它们与体积、重量、成本之间的矛盾。其技术方案是至少包括检波器外壳、臂梁固定支撑座、圆环骨架、阻尼线圈、 阻尼磁铁、悬臂、支撑辅臂和布拉格光栅，阻尼线圈缠绕在圆环骨架上构成检波器的 质量体，质量体连接在悬臂梁的悬空端，布拉格光栅连接在悬臂上，构成振动敏感悬 臂，所述的振动敏感悬臂和质量体共同组成了光栅检波器的振动响应基本结构；在圆环骨架的下侧和靠近悬臂梁固定支撑座的下侧使用一根支撑辅臂连接，用于降低非线 性失真；圆环骨架、阻尼线圈与阻尼磁铁构成检波器的阻尼装置，阻尼系数可以通过 线圈匝数控制。上述的悬臂和支撑辅臂采用碳纤维材料。上述的支撑辅臂的一端固定于质量体的底端，另一端固定于悬臂的靠近固定端， 支撑辅臂的优选参数为宽度等于主悬臂的三分之二，厚度等于主悬臂的三分之一。上述的圆环骨架采用铜或铝金属制成，圆环，圆环外侧上下绕制阻尼线圈并短路 连接，上下线圈的中心位置设有阻尼磁铁。上述的布拉格光栅上设有光栅尾纤，所述的光栅尾纤盘绕在储纤盘上，通过 FC-PC接头连接到光纤适配器。本技术的工作过程如下当质量体响应外界的振动发生位移时，带动悬臂梁 产生弯曲，粘贴在悬臂梁上的传感光栅感受到这个弯曲的应变，产生布拉格反射波峰 漂移，光路检测系统通过比较传感光栅的反射峰与参考光栅的反射峰位置变化，测量 并获得与振动有关的振幅、频率等参数。地震勘探通常工作在5Hz-500Hz的低频频带，并且要求传感器尽量体积小、重量 轻，这些因素都要求降低悬臂的厚度；为了保证在苛刻应用条件下如多次跌落的强 烈震动及高低温反复冲击时仍完好无损，悬臂的材料应具有优异的弹性以及与光纤光 栅相近的物理性质，这样才能保证二者粘贴，融为一体的良好效果。为满足如上所述 要求，本技术的悬臂和支撑辅臂采用碳纤维材料。由于地震检波器工作在低频，其悬臂很软，容易发生横向的扭曲和纵向的波浪变 形。当记录垂直方向的地震波时，水平方向的地震波造成悬臂的横向扭曲，在地震记 录上反应为假频失真，悬臂纵向的波浪变形，造成地震记录出现谐波失真，这些都必 须抑制。经过反复试验，专利技术人采用一根辅助支撑的斜臂， 一端固定于质量体的底端， 另一端固定于悬臂的靠近固定端，这样设计有助于减小非线性失真。本技术的特 征在于在悬臂固定端和质量体下端之间安装有一根降低非线性失真的支撑辅臂。支 撑辅臂的优选参数为宽度等于主悬臂的三分之二，厚度等于主悬臂的三分之一，这 样能够在不影响悬臂频率响应特性的情况下，大大降低非线性失真。合适的阻尼能够使传感器区分先后到达的地震信号，同时展宽传感器的工作频 带。本技术所描述的电磁阻尼，其特征在于由以铜或铝金属作为圆环骨架，圆环 内侧设有阻尼磁铁，圆环外侧上下绕制阻尼线圈，内侧磁铁位于上下线圈的中心位置。 线圈短路连接，其作用在于产生阻尼，阻尼大小可通过线圈匝数设置。本技术与现有地震电磁式检波器20DX进行对比测试，有如下有益效果1、 在相同测试条件下，本技术受到的电磁干扰大大降低；2、 振动台相同激励下测试，本技术的灵敏度高于对比检波器；3、本技术达到了衡量地震检波器所规定的各项技术指标要求，其中非线 性失真、假频等指标优于对比检波器。附图说明附图1是本技术的原理结构附图2是本技术的俯视附图3是本技术的的实施例的机械装配图。上图中检波器外壳l、悬臂梁固定支撑座2、圆环骨架3、阻尼线圈4、阻尼 磁铁5、阻尼磁铁支撑座6、悬臂7、支撑辅臂8、粘接层9、布拉格光栅IO、光栅尾 纤ll、连接装置(螺钉及垫片)12-19，储纤盘20、光纤适配器21。五具体实施方式参照图1、图2、图3所示，对本技术作进一步的描述一种光纤光栅地震检波器，主要包括以下部件检波器外壳l、悬臂梁固定支撑 座2、圆环骨架3、阻尼线圈4、阻尼磁铁5、阻尼磁铁支撑座6、悬臂7、支撑辅臂8、 粘接层9、布拉格光栅IO、光栅尾纤ll、连接装置(螺钉及垫片)12-19,储纤盘20、 光纤适配器21。其相互之间的结构关系是阻尼线圈4绕制在圆环骨架3上，线圈二端短路连接，阻尼线圈4和骨架3 —起构成了检波器的质量体；布拉格光栅10由粘结层9粘接在悬臂7上，构成振动敏感悬臂；敏感悬臂和质量体共同组成了光栅检波器的振动响应 基本结构；光栅的引出尾纤11盘绕在储纤盘20上，最后通过FC-PC接头连接到光纤 适配器21;圆环骨架3、阻尼线圈4、阻尼磁铁5、阻尼磁铁支撑座6构成检波器的 阻尼装置，阻尼系数可以通过线圈匝数控制；支撑辅臂8—端连接于圆环骨架3的下 侧， 一端连接于悬臂7底部靠近支撑体2—侧，用于降低非线性失真。其工作原理如下当振动产生时，质量体发生位移，造成通过悬臂弯曲，弯曲的 应变导致布拉格光栅10反射波峰发生位移，检测光路通过分析反射波峰的偏移，可 以获得振动数据。在这个过程中，阻尼线圈在阻尼磁铁的磁场中运动，总是产生与振 动方向相反的阻尼力，迅速消耗质量体获得的动能，使之返回起始位置等待检测下一个振动。权利要求1、一种光纤光栅地震检波器，其特征是至少包括检波器外壳(1)、臂梁固定支撑座(2)、圆环骨架(3)、阻尼线圈(4)、阻尼磁铁(5)、悬臂(7)、支撑辅臂(8)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅地震检波器，其特征是：至少包括检波器外壳（１）、臂梁固定支撑座（２）、圆环骨架（３）、阻尼线圈（４）、阻尼磁铁（５）、悬臂（７）、支撑辅臂（８）和布拉格光栅（１０），阻尼线圈（４）缠绕在圆环骨架（３）上构成检波器的质量体，质量体连接在悬臂（７）梁的悬空端，布拉格光栅（１０）连接在悬臂上，构成振动敏感悬臂，所述的振动敏感悬臂和质量体共同组成了光栅检波器的振动响应基本结构；在圆环骨架（３）的下侧和靠近悬臂梁固定支撑座的下侧使用一根支撑辅臂（８）连接，用于降低非线性失真；圆环骨架（３）、阻尼线圈（４）与阻尼磁铁（５）构成检波器的阻尼装置，阻尼系数可以通过线圈匝数控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学兵，崔洪亮，宁静，张彦，许建村，姚光凯，汪济昌，
申请(专利权)人：中国石化集团胜利石油管理局地球物理勘探开发公司，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]