一种六分量地震仪制造技术

本申请提供一种六分量地震仪，包括：三个光纤陀螺、三个加速度计和六分量信号处理模块，其中，三个光纤陀螺的敏感轴相互正交，所述三个加速度计的敏感轴相互正交；每个所述光纤陀螺的敏感轴分别与一个加速度计的敏感轴一一平行或重合；六分量信号处理模块用于得到三个正交方向上的检测角速度和检测平移加速度，并对检测角速度和检测平移加速度进行误差补偿。本申请将三个相同的光纤陀螺的正交组装和三轴加速度计组装在一起，并且补偿了三个敏感轴未完全正交带来的测量误差。提供了一种精度高、稳定性高、误差小、可以测量三个正交方向的角速度(旋转分量)和平移加速度(平移分量)的地震仪，在强地面运动地震学、地震工程学及地震仪器的发展中具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种六分量地震仪
本申请涉及地震仪
，具体涉及一种六分量地震仪。
技术介绍
地震波的运动是一种多维度的复杂运动，除三个平移分量外，还包括一个绕垂直轴的扭转分量和两个绕水平轴的摇摆分量，即三个旋转分量，联合这六个分量才能够有效探究地震波在地面和建筑物中的传播特性，可以广泛应用在震源特性研究、地震层析成像、建筑物监测、平移运动修正等方面。国内外目前关于地震波的测量主要关注三个方向的速度或加速度平移分量，测量技术也已较为成熟，而对地震波旋转分量的研究、测量及记录都有所缺失，因此设计能够同时监测运动和旋转运动的六分量地震仪，对指导研究地震波的传播和运动特性有重要的意义。当前，在需要同时测量地震波的平移分量和旋转分量时，多采用两个独立的三轴加速度计和三轴旋转传感器进行观测，这种方式的集成度和准确度都较低，一方面，由于是两个独立的传感器，存在一定的时间差(同步性)和位置差，另外一方面，只能分别导出两个传感器的输出数据后才可做进一步的分析，无法在线完成六个分量的联合处理和扩展分析。因此，需要提供一种精度高、稳定性高、误差小、检测三个正交方向6分量的地震仪。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种六分量地震仪。本申请提供一种六分量地震仪，三个光纤陀螺、三个加速度计和六分量信号处理模块，其中，所述三个光纤陀螺的敏感轴相互正交，所述三个加速度计的敏感轴相互正交；三个所述光纤陀螺的敏感轴与所述三个加速度计的三个敏感轴一一平行或重合；所述六分量信号处理模块的输入端连接每个所述光纤陀螺的检测信号输出端和每个所述加速度计的检测信号输出端，所述六分量信号处理模块用于生成所述光纤陀螺所需的调制信号，以及根据所述光纤陀螺的检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对所述检测角速度进行误差补偿；所述六分量信号处理模块还用于根据所述加速度计的检测信号输出端输出的检测信号，得到检测平移加速度，并对所述检测平移加速度进行误差补偿。在本申请的一些实施方式中，每个所述光纤陀螺包括：光源、偏振分光模块、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，所述光源连接所述偏振分光模块的输入端，所述偏振分光模块的输出端分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端。在本申请的一些实施方式中，每个所述光纤陀螺包括：依次串接的光源、起偏器、消偏器和耦合器，并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路，以及保偏光纤环；其中，所述耦合器的输出端连接所述第一偏振光通路和所述第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端；所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端为所述第一偏振光通路的输出端；所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第二偏振分束合束器的合束端为所述第二偏振光通路的输出端。在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的输入端；所述第二光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端相连；所述第一光电探测器的输出端为所述第一偏振光通路的检测信号输出端，所述第二光电探测器的输出端为所述第二偏振光通路的检测信号输出端。在本申请的一些实施方式中，所述六分量信号处理模块包括三个信号解调单元、第一补偿单元和第二补偿单元；每个所述信号解调单元与同组的一个所述光纤陀螺和一个所述加速度计相对应，同组的所述光纤陀螺和所述加速度计的敏感轴平行或重合；所述信号解调单元包括现场可编程门阵列和微处理器，所述现场可编程门阵列的输入端分别连接所述光纤陀螺的检测输出端和所述加速度计的一个敏感轴的输出端，且所述现场可编程门阵列的输出端连接所述光纤陀螺的调制信号输入端；所述现场可编程门阵列根据所述检测信号生成所述光纤陀螺所需的调制信号，并将所述调制信号输出至所述光纤陀螺的调制信号输入端；所述现场可编程门阵列的输出端还连接所述微处理器的输入端；所述现场可编程门阵列分别对所述光纤陀螺的检测信号和所述加速度的检测信号进行预处理，所述微处理器采用相干解调技术对预处理后所述光纤陀螺的检测信号进行解调，得到所述检测角速度；以及，对预处理后所述加速度计的检测信号进行解调，得到所述检测平移加速度；所述微处理器的输出端分别连接所述第一补偿单元的输入端和所述第二补偿单元的输入端，所述第一补偿单元对所述检测角速度进行误差补偿，所述第二补偿单元对所述检测平移加速度进行误差补偿。在本申请的一些实施方式中，所述第一补偿单元将所述检测角速度代入第一补偿数学模型，得到补偿后的角速度；所述第二补偿单元将所述检测角速度代入第二补偿数学模型，得到补偿后的平移加速度；其中，第一补偿数学模型和所述第二补偿数学模型中的补偿系数均通过标定实验确定。在本申请的一些实施方式中，所述信号解调单元还包括：模拟数字转换器和数字模拟转换器，所述模拟数字转换器串接在所述光纤陀螺的检测信号输出端和所述现场可编程门阵列的输入端之间；所述数字模拟转换器串接在所述现场可编程门阵列的输出端和所述光纤陀螺的调制信号输入端之间。在本申请的一些实施方式中，所述第一Y波导的的电信号输入端为所述第一偏振光通路的调制信号输入端，所述第二Y波导的的电信号输入端为所述第二偏振光通路的调制信号输入端；所述现场可编程门阵列生成的所述调制信号包括第一调制信号和第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号的相位相反；其中，所述第一调制信号施加在所述第一偏振分束合束器的第一分束端和所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第二调制信号施加在所述第一偏振分束合束器的第二分束端和所述第二偏振分束合束器的第二分束端。在本申请的一些实施方式中，所述三个光纤陀螺公用一个光源或三个光纤陀螺仪各自对应一个光源。相较于现有技术，本申请将三个相同的光纤陀螺正交组装、三个相同的加速度计正交组装后集成到一个器件当中，并且辅以六分量信号处理模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六分量地震仪，其特征在于，包括：三个光纤陀螺、三个加速度计和六分量信号处理模块，其中，所述三个光纤陀螺的敏感轴相互正交，所述三个加速度计的敏感轴相互正交；每个所述光纤陀螺的敏感轴分别与一个加速度计的敏感轴一一平行或重合；/n所述六分量信号处理模块的输入端连接每个所述光纤陀螺的检测信号输出端以及连接每个所述加速度计的检测信号输出端，所述六分量信号处理模块用于生成所述光纤陀螺所需的调制信号，以及根据所述光纤陀螺的检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对所述检测角速度进行误差补偿；所述六分量信号处理模块还用于根据所述加速度计的检测信号输出端输出的检测信号，得到检测平移加速度，并对所述检测平移加速度进行误差补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种六分量地震仪，其特征在于，包括：三个光纤陀螺、三个加速度计和六分量信号处理模块，其中，所述三个光纤陀螺的敏感轴相互正交，所述三个加速度计的敏感轴相互正交；每个所述光纤陀螺的敏感轴分别与一个加速度计的敏感轴一一平行或重合；
所述六分量信号处理模块的输入端连接每个所述光纤陀螺的检测信号输出端以及连接每个所述加速度计的检测信号输出端，所述六分量信号处理模块用于生成所述光纤陀螺所需的调制信号，以及根据所述光纤陀螺的检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对所述检测角速度进行误差补偿；所述六分量信号处理模块还用于根据所述加速度计的检测信号输出端输出的检测信号，得到检测平移加速度，并对所述检测平移加速度进行误差补偿。


2.根据权利要求1所述的六分量地震仪，其特征在于，
每个所述光纤陀螺包括：光源、偏振分光模块、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，
所述光源连接所述偏振分光模块的输入端，所述偏振分光模块的输出端分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端。


3.根据权利要求1所述的六分量地震仪，其特征在于，
每个所述光纤陀螺包括：依次串接的光源、起偏器、消偏器和耦合器，并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路，以及保偏光纤环；其中，
所述耦合器的输出端连接所述第一偏振光通路和所述第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端；
所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。


4.根据权利要求2或3所述的六分量地震仪，其特征在于，
所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端为所述第一偏振光通路的输出端；
所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第二偏振分束合束器的合束端为所述第二偏振光通路的输出端。


5.根据权利要求4所述的六分量地震仪，其特征在于，
所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；
所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，...

【专利技术属性】
技术研发人员：操玉文，阳春霞，张丁凡，何动，周桐，曾卫益，朱兰鑫，陈彦钧，李正斌，蒋云，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11