基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器及制备方法技术

本发明专利技术属于光纤传感技术领域，提供了基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器及制备方法，传感器主体，所述传感器主体包括水平增敏介质碳纤维片和竖直增敏介质碳纤维片，所述水平增敏介质碳纤维片和竖直增敏介质碳纤维片上均粘贴传感光纤，所述水平增敏介质碳纤维片和竖直增敏介质碳纤维片呈空间正交结构放置，其交接处自由放置轴向传感光纤，所述水平增敏介质碳纤维片和竖直增敏介质碳纤维片以及轴向传感光纤呈三维空间正交结构。及轴向传感光纤呈三维空间正交结构。及轴向传感光纤呈三维空间正交结构。

【技术实现步骤摘要】
基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器及制备方法


[0001]本专利技术属于光纤传感
，尤其涉及基于空间正交结构的分布式光纤三分量振动传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]自1993年Taylor HF等人首次提出相位敏感型光时域反射计(φ
‑
OTDR)技术之后，以此为核心的分布式光纤振动传感系统(DAS)迅速发展起来。目前DAS技术在地震检测、页岩气安全开发等应用推广仍然存在某些技术局限性和应用瓶颈，其中最重要一点是传感光纤单轴应变测量的局限性无法充分表征不同的地震波模式以致目前DAS地震数据记录与传统地震仪数据记录存在较大差异。针对DAS应变单轴敏感性的问题，基于2016年Shell公司Kuvshinov B.N.对单根缠绕式光纤对地震波方向敏感性的研究基础，科罗拉多矿业学院联合Optasense公司、Norsar、电子科技大学与中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司均开启进行了利用螺旋缠绕光纤的DAS感应复杂波场的研究，但均处于理论分析或实验阶段。现有研究表明，无论是单纤缠绕或多线缠绕方式，由于其声波场响应与重构模型复杂、工艺难度大、结构(单侧的点式非连续性测量)与传感机理(DAS空间分辨率为亚米级或米级)的相互制约，其目前的监测效果并不理想，工程应用可靠性和适用性极低。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种基于空间正交结构的分布式光纤三分量振动传感器，针对DAS应变单轴敏感性的问题，通过正交结构的碳纤维片，在碳纤维片上布设传感光纤，与常规轴上传感光纤一起组成分布式光纤三维振动传感器，不仅实现真正意义上的分布式三分量振动信号的有效检测，而且大大提高其响应度和灵敏度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术的第一个方面提供基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器，包括：传感器主体，所述传感器主体包括水平增敏介质和竖直增敏介质，所述水平增敏介质和竖直增敏介质上均粘贴传感光纤，所述水平增敏介质和竖直增敏介质呈空间正交结构放置，其交接处自由放置轴向传感光纤，所述水平增敏介质和竖直增敏介质以及轴向传感光纤呈三维空间正交结构。
[0007]本专利技术的第二个方面提供基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器制备方法，包括如下步骤：
[0008]确定制作传感器的碳纤维片以及传感光纤的参数；
[0009]以横波和纵波的入射角度和加速度为变量，进行碳纤维片对振动波的响应仿真和分析，得到入射角度P波和S波的差异化响应；
[0010]根据入射角度P波和S波的差异化响应确定传感器的各个参数，进行传感器的制备。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术将传感光纤以S型分别布放于正交结构的两碳纤维片上，光纤与碳纤维片完全耦合，与轴向布放的光纤同时感知振动信号的三分量信息，实现了基于正交碳纤维片的增敏型新结构；与单纤或多纤缠绕式分布式三分量振动传感器相比，不仅消除了结构(单侧的点式非连续性测量)与传感机理(DAS空间分辨率为亚米级或米级)相互制约的问题，而且更重要的相比普通DAS系统有以下两点优势：一是正交碳纤维片的两个方向具有很高的加速度应变灵敏度；二是由于碳纤维片上的光纤是以S型布放，所以此两个正交方向上具有更好的实际空间分辨率。
[0013]本专利技术设计的新型传感器结构可实现不同入射角度P波和S波的差异化响应；
[0014]本专利技术设计的碳纤维片为增敏介质，其弹性远好于光纤的弹性，将大大提高其响应灵敏度。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1是振动传感器结构示意图；
[0017]图2为振动传感器在铠装光缆中的布置结构图。
[0018]图3(a)
‑
图3(c)是P波均与X
‑
Z面和Y
‑
Z面的两块碳纤维片成45
°
，与Z轴分别成30
°
、60
°
、90
°
的入射示意图；
[0019]图4(a)
‑
图4(f)是传感器对不同入射角振动波的应变响应仿真模拟图；
[0020]图5(a)
‑
图5(b)不同入射角度P波和S波的差异化响应图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0022]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]在本专利技术中，术语如“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]本专利技术中，术语如“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本
专利技术的限制。
[0026]实施例一
[0027]针对现有分布式光纤地震传感器，直线型仅对轴向应变敏感，缠绕式存在工艺实现难度大、方向敏感性差且不一致、地震波场响应模型复杂、数据解析鲁棒性低等问题。
[0028]如图1所示，本实施例提供基于空间正交结构的分布式光纤三分量振动传感器，包括传感器主体，所述传感器主体1包括水平增敏介质101和竖直增敏介质102，所述水平增敏介质101和竖直增敏介质102上均以S型粘贴传感光纤，水平增敏介质101上以S型粘贴传感光纤2，竖直增敏介质2上以S型粘贴传感光纤3，所述水平增敏介质101和竖直增敏介质102呈空间正交结构放置，其交接处自由放置轴向传感光纤4，三者呈X
‑
Y
‑
Z三维空间正交结构。
[0029]其中，所述增敏介质采用碳纤维片，所述碳纤维片具有抗拉伸强度高、耐高温、耐腐蚀、弹性远好于光纤等优良特性，不仅适应于恶劣环境，而且对振动信号具有更高敏感性；
[0030]本专利技术以S型将传感光纤粘贴于碳纤维片上，不仅保证与碳纤维片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器，其特征在于，包括：传感器主体，所述传感器主体包括水平增敏介质和竖直增敏介质，所述水平增敏介质和竖直增敏介质上均粘贴传感光纤，所述水平增敏介质和竖直增敏介质呈空间正交结构放置，其交接处自由放置轴向传感光纤，所述水平增敏介质和竖直增敏介质以及轴向传感光纤呈三维空间正交结构。2.如权利要求1所述的基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器，其特征在于，所述传感光纤以S型粘贴至水平增敏介质和竖直增敏介质上。3.如权利要求1所述的基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器，其特征在于，所述增敏介质采用碳纤维片。4.如权利要求1所述的基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器，其特征在于，所述传感器主体外围采用金属铠装和保护外套进行封装。5.基于空间正交结构的光纤三分量振动传感器制备方法，其特征在于，包括如...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪亮，于淼，常天英，吴崇坚，
申请(专利权)人：珠海任驰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：