本发明专利技术涉及一种光纤检波器，特别公开了一种在增强型复合分布式多分量光纤检波器。该检波器包括：光纤分布式声波传感解调仪，连接传输光缆；若干组串联的多分量光纤检波器探头，包括依次串联的第一加速度敏感单元、第一去敏连接光纤、第二加速度敏感单元、第三去敏连接光纤、第三加速度敏感单元，其中第一加速度敏感单元和第二加速度敏感单元的敏感方向为圆柱形结构的径向，且方向互相垂直，第三加速度敏感单元的敏感方向为圆柱形结构的轴向；中间连接光缆连接相邻的两组多分量光纤检波器探头。本发明专利技术采用光纤分布式声波解调与增敏结构结合，单根光纤实现多级检波器，易于制造大规模阵列，三分量集成增敏结构简单，易于制造。易于制造。易于制造。
【技术实现步骤摘要】
增强型复合分布式多分量光纤检波器
[0001]本专利技术涉及一种光纤检波器，特别涉及一种在增强型复合分布式多分量光纤检波器。
技术介绍
[0002]随着油气资源勘探开发程度的不断加深，勘探区域转向复杂、非常规领域，油气勘探目的层由中浅层向深层延伸。所有这些变化都需要高品质地震资料的支撑，需要地震勘探向高分辨率、高精度、深层勘探的方向发展，对地震检波器的性能也提出了更高的要求。
[0003]地震检波器主要分为电子检波器和光纤检波器两类。电子检波器动态范围小、灵敏度低、抗电磁干扰能力差。在油井恶劣环境下，电子检波器具有耐高温高压能力差、易受电磁干扰、寿命短等缺点。此外，在检波器阵列时，电子检波器在实现组网、复用、数据传输能力上技术难度大，特别是在井下高温高压环境，难以形成较大规模的井中检波器阵列。光纤检波器以石英为基材，耐高温、耐腐蚀，尺寸小，易于组网复用、能够实现长距离高精度高速数据传输，具有电子检波器无法比拟的优势，特别是适合在井下高温环境中构成大规模检波器阵列，可以大幅度提高地震资料的信噪比、分辨率和成像精度。
[0004]光纤检波器主要分为阵列式和近年来出现的分布式两种。阵列式光纤检波器一般采用较为复杂的传感器结构，实现增敏，并采用一定的光路器件，通过波分或空分或时分复用光路进行复用，如：张文涛等专利技术了一种推挽式光纤检波器，需要一系列光器件实现干涉、复用等功能，另外只有一个分量，实现三分量工艺难度大，油井等复杂环境下应用可靠性较低；Jiang等提出一种三分量光纤检波器，结构较为复杂，不适合油气井对空间有限制的场合，且也需要一系列光器件，可靠性较低；张发祥等采用波分/空分混合复用的方案，构建了基于分布反馈光纤激光器（DFBFL）的两级三分量地震检波器阵列（光电子
•
激光，2017年04期，第371
‑
375页，三分量光纤激光检波器阵列及其实验研究，张发祥等），但结构复杂，需要一系列光器件实现复用，成本较高，工艺难度大，油井等复杂环境下应用可靠性较低；杨悦等专利技术了一种带准直器的光纤干涉式检波器装置，同样需要复杂的光路，且只有一个分量；可见，阵列式光纤检波器主要存在结构复杂、工艺难度大、组网成阵难度高且大多数需要在传感器端设置光器件实现其功能等限制，影响了其在复杂环境下应用的可靠性。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。分布式光纤声传感系统（CN201410032610、CN103411660A、CN106404154A、CN110160573A、CN106525362A）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低，难以用于微弱地震波信号的探测。冉曾令等报道了一种光纤微测井装置及方法，将光缆螺旋型致密缠绕于探测棒的探测单元上，并通过分布式光纤振动解调仪进行解调，以解决传统地震勘探中无法高效集中采集地震波能量的问题，但是仍然存在无法进行三分量测测量，且所测得
的信号是探测棒在地震信号中的膨胀量，难以与地震信号的加速度或速度量进行标定，影响信号的保真度。
[0005]综上所述，仍然需要一种高灵敏度度、能够实现地震信号多个分量高分辨率、高保真度、高效采集的，并具有工艺简单、易于制造大规模阵列的、可靠性高的检波器系统。
技术实现思路
[0006]本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、易于制造、可靠性高、灵敏度高的增强型复合分布式多分量光纤检波器。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种增强型复合分布式多分量光纤检波器，其特征在于，包括：光纤分布式声波传感解调仪，连接传输光缆，通过检测传输光缆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，用于解调光纤中对应位置的相位变化信号；传输光缆，连接光纤分布式声波传感解调仪和多分量光纤检波器探头，用于信号传输，为振动去敏的铠装光缆；若干组串联的多分量光纤检波器探头，包括依次串联的第一加速度敏感单元、第一去敏连接光纤、第二加速度敏感单元、第三去敏连接光纤、第三加速度敏感单元，其中，第一加速度敏感单元、第二加速度敏感单元、第三加速度敏感单元皆为圆柱形结构，且第一加速度敏感单元和第二加速度敏感单元的敏感方向为圆柱形结构的径向，且方向互相垂直，用于将径向敏感方向的振动信号转化为光纤的相位变化，第三加速度敏感单元的敏感方向为圆柱形结构的轴向，用于将轴向敏感方向的振动信号转化为光纤的相位变化；中间连接光缆，为振动去敏的铠装光缆，连接相邻的两组多分量光纤检波器探头，用于信号传输，中间连接光缆中的中间连接光纤对振动不敏感。
[0008]本专利技术采用光纤分布式声波解调与三分量集成增敏结构结合的方式，通过三分量集成增敏结构，在有限空间内通过适用于分布式系统的单根光纤实现三个分量的加速度信号增敏，解决了分布式检波器难以获得三个分量高保真的加速度或速度信号的问题，并提高了灵敏度，采用两者的结合，单根光纤实现多级检波器，易于制造大规模阵列。
[0009]本专利技术的更优技术方案为：所述光纤分布式声波传感解调仪按照光纤的长度，根据光脉冲的返回时间，输出对应的每组多分量光纤检波器探头中第一加速度敏感单元、第二加速度敏感单元和第三加速度敏感单元的解调信号，解调的信号为瑞利散射干涉信号的相位变化。
[0010]所述传输光缆和中间连接光缆均为具有无缝不锈钢管护套的铠装光缆，其中的光纤为松弛状态的单模通讯光纤。
[0011]所述第一加速度敏感单元中光纤与第一去敏连接光纤长度之和、第二加速度敏感单元中光纤与第二去敏连接光纤长度之和、第三加速度敏感单元中光纤与中间连接光纤长度之和，三者长度相同；所用光纤为同一根光纤，其不同的部分缠绕在不同的结构上，且均为弯曲不敏感光纤。
[0012]进一步优选的，所述传输光缆的光纤、多分量光纤检波器探头中的光纤和中间连接光缆中的中间连接光纤为同一根光纤，且为单模耐弯曲光纤。
[0013]所述第一加速度敏感单元、第二加速度敏感单元均包括通过连接杆连接两端的敏
感单元支架A，敏感单元支架A内部安装有圆柱形惯性质量块A、惯性质量块A通过弹性梁A与敏感单元支架A的两端连接，惯性质量块A的外侧面上缠绕并耦合有敏感光纤A；第三加速度敏感单元包括通过弧形面连接两端的敏感单元支架B，敏感单元支架B内部安装有半圆柱形惯性质量块B，惯性质量块B通过条状弹性梁B与敏感单元支架B的两端连接，敏感单元支架B和惯性质量块B的外侧面上缠绕并耦合有敏感光纤B，第一加速度敏感单元、第二加速度敏感单元和第三加速度敏感单元的骨架结构均由同一圆柱形金属结构经线切割制作而成。
[0014]第一加速度敏感单元、第二加速度敏感单元和第三加速度敏感单元在结构原理上具有一致性，以保证其性能的一致，在具体结构的实现形式上有差别，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种增强型复合分布式多分量光纤检波器，其特征在于，包括：光纤分布式声波传感解调仪（100），连接传输光缆（200），通过检测传输光缆（200）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；传输光缆（200），连接光纤分布式声波传感解调仪（100）和多分量光纤检波器探头（300）；若干组串联的多分量光纤检波器探头（300），包括依次串联的第一加速度敏感单元（301）、第一去敏连接光纤（302）、第二加速度敏感单元（303）、第三去敏连接光纤（304）、第三加速度敏感单元（305），其中，第一加速度敏感单元（301）、第二加速度敏感单元（303）、第三加速度敏感单元（305）皆为圆柱形结构，且第一加速度敏感单元（301）和第二加速度敏感单元（303）的敏感方向为圆柱形结构的径向，且方向互相垂直，第三加速度敏感单元（305）的敏感方向为圆柱形结构的轴向；中间连接光缆（400），为振动去敏的铠装光缆，连接相邻的两组多分量光纤检波器探头（300），中间连接光缆（400）中的中间连接光纤（401）对振动不敏感。2.根据权利要求1所述的增强型复合分布式多分量光纤检波器，其特征在于：所述光纤分布式声波传感解调仪（100）按照光纤的长度，根据光脉冲的返回时间，输出对应的每组多分量光纤检波器探头（300）中第一加速度敏感单元（301）、第二加速度敏感单元（303）和第三加速度敏感单元（305）的解调信号，解调的信号为瑞利散射干涉信号的相位变化。3.根据权利要求1所述的增强型复合分布式多分量光纤检波器，其特征在于：所述传输光缆（200）和中间连接光缆（400）均为具有无缝不锈钢管护套的铠装光缆，其中的光纤为松弛状态的单模通讯光纤。4.根据权利要求1所述的增强型复合分布式多分量光纤检波器，其特征在于：所述第一加速度敏感单元（301）中光纤与第一去敏连接光纤（302）长度之和、第二加速度敏感单元（303）中光纤与第二去敏连接光纤（304）长度之和、第三加速度敏感单元（305）中光纤与中间连接光纤（401）长度之和，三者长度相同；所用光纤为同一根光纤，其不同的部分缠绕在不同的结构上，且均为弯曲不敏感光纤。5.根据权利要求1所述的增强型复合分布式多分量光纤检波器，其特征在于：所述第一加速度敏感单元（301）、第二加速度敏感单元（303）均包括通过连接杆连接两端的敏感单元支架A（311），敏感单元支架A（311）内部安装有圆柱形惯性质量块A（312）、惯性质量块A（312）通过弹性梁A（...
【专利技术属性】
技术研发人员：张发祥，王昌，倪家升，姜劭栋，尚盈，刘小会，王英英，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。