一种光纤光栅海底振动信号测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光纤光栅海底振动信号测量系统，通过采用阶梯型定位方式，有效减小了测量误差，结构简单，体积小，成本低，安装方便，易于制造，可重复使用，有利于提高工作效率；本发明专利技术的外框构架采用上下双层结构，充分利用了框架内容积，有效减小了系统的整体尺寸；本发明专利技术的外框构架采用卡槽密封方式，密封效果好，适用于海洋环境；采用低频FBG三维加速度传感器测量海底振动信号，利用光纤光栅陀螺仪矫正低频FBG三维加速度传感器的测量方向，实现了在复杂场合准确采集振动信号并通过远距离传输振动信号的功能；通过在装置温差大的部件中安装TEG热电模块，使得装置内外部的温差通过TEG热电模块转换为电源，提高了设备的续航能力。续航能力。续航能力。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅海底振动信号测量系统


[0001]本专利技术属于光纤光栅传感监测
，具体涉及一种光纤光栅海底振动信号测量系统。

技术介绍

[0002]光纤光栅海底振动信号测量传感器是一种建立在光纤传感技术、光电子技术基础上的水下地震监测系统，具有灵敏度高、抗电磁干扰、抗辐射、可实现水下无源探测的优点，是海底节点观测仪发展的重要方向，在军事领域有着重要作用。
[0003]目前，海底节点观测仪外框构架多数采用电传感器作为传感单元，相比于光纤光栅传感器更易受干扰。现流行的海底节点观测仪外框构架具有多数体型较大，内部走线复杂问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种光纤光栅海底振动信号测量系统，用于在海洋环境下减小测量误差、提高工作效率。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种光纤光栅海底振动信号测量系统，包括外框构架、密封门、加速度传感器、光纤陀螺仪、解调仪、热电转换装置、锂电池组；外框构架包括上层腔体和下层腔体；下层为锂电池组安装腔体，用于定位并安装锂电池组；锂电池组的电源输出端连接解调仪的电源输入端用于为解调仪供电；上层腔体从左至右依次包括光纤光栅传感器安装腔体、热电转换装置安装腔体和解调仪安装腔体；光纤光栅传感器安装腔体的外侧边缘不与外框构架的内壁接触用于防止出现干扰和误差，光纤光栅传感器安装腔体的内部为阶梯状腔体用于上下定位并安装加速度传感器，光纤光栅传感器安装腔体的右边缘设有第一螺纹孔用于通过螺纹对加速度传感器进行左右定位；光纤光栅传感器安装腔体的腔体开口前侧设有第三螺纹孔用于安装光纤陀螺仪，使光纤陀螺仪与加速度传感器平行固定；光纤陀螺仪用于实时测量系统的姿态角，并根据姿态角利用算法将加速度传感器确定的第一坐标系矫正到大地坐标系；热电转换装置腔体设于上层腔体的中线偏右侧，热电转换装置安装腔体的内部为阶梯状腔体用于定位并安装热电转换装置，热电转换装置安装腔体的左边缘设有第二螺纹孔用于通过螺纹对热电转换装置进行左右定位，热电转换装置安装腔体的后边缘紧贴外框构架的内壁；热电转换装置安装腔体的外侧右边缘为解调仪安装腔体的左边界，解调仪安装腔体用于定位并安装解调仪，热电转换装置贴紧解调仪安装用于充分吸收解调仪的热量；解调仪的第一通道和第二通道分别用跳线连接加速度传感器的尾纤和光纤陀螺仪的尾纤，用于分别解调加速度传感器的信号和光纤陀螺仪的光信号并储存测量数据。
[0006]按上述方案，密封门与外框构架采取螺纹连接，设有八个螺纹连接处；外框构架与密封门的密封处设有卡槽，用于涂抹密封胶；外框构架采用不锈钢材质。
[0007]按上述方案，还包括夹板用于分隔上层腔体和下层腔体，夹板的中部设有凹槽，凹
槽贯穿夹板用于连通锂电池组与解调仪的供电线路；锂电池组的电源插口对准凹槽。
[0008]按上述方案，加速度传感器包括X向加速度传感单元、Y向加速度传感单元和Z向加速度传感单元；设X、Y、Z为三个相互垂直的方向，则在低频环境下，Z向加速度传感单元用于测量Z轴方向的振动信号，Y向加速度传感单元用于测量Y轴方向的振动信号，X向加速度传感单元用于测量X轴方向的振动信号；X向加速度传感单元、Y向加速度传感单元和Z向加速度传感单元分别包括相同结构的金属传感芯体和不同波长的FBG光纤布拉格光栅；金属传感芯体为柔性双绞链式结构，包括依次连接的基座、双绞链结构和芯体质量块，基座上设有螺纹孔；FBG光纤布拉格光栅按金属传感芯体的长度方向固定在金属传感芯体上；光纤光栅陀螺仪敏感的三轴方向分别与低频FBG三维加速度传感器敏感的三轴方向平行，光纤光栅陀螺仪用于实时测量整个装置的姿态角，并根据姿态角用算法将低频FBG三维加速度传感器确定的第一坐标系矫正到大地坐标系；低频FBG三维加速度传感器和光纤光栅陀螺仪分别通过各自的尾纤连接解调仪的不同输入通道的跳线，解调仪用于分别解调低频FBG三维加速度传感器的信号和光纤光栅陀螺仪的光信号并储存测量数据。
[0009]进一步的，金属传感芯体包括相同结构的Z向金属传感芯体、Y向金属传感芯体和X向金属传感芯体；FBG光纤布拉格光栅包括不同波长的FBG1第一光纤布拉格光栅、FBG2第二光纤布拉格光栅、FBG3第三光纤布拉格光栅；X向加速度传感单元包括X向金属传感芯体和固定在X向金属传感芯体上的FBG3第三光纤布拉格光栅；Y向加速度传感单元包括Y向金属传感芯体和固定在Y向金属传感芯体上的FBG2第二光纤布拉格光栅；Z向加速度传感单元包括Z向金属传感芯体和固定在Z向金属传感芯体上的FBG1第一光纤布拉格光栅；FBG光纤布拉格光栅在固定的过程中使栅区悬空不与金属传感芯体接触，并给光纤足够的预拉伸；Z向金属传感芯体与X向金属传感芯体位于同一平面且相互垂直；Y向金属传感芯体与Z向金属传感芯体、X向金属传感芯体所在平面垂直；Z向金属传感芯体、Y向金属传感芯体和X向金属传感芯体两两相互垂直，构成空间三维坐标系，设为第一坐标系；FBG1第一光纤布拉格光栅、FBG2第二光纤布拉格光栅、FBG3第三光纤布拉格光栅的尾纤依次连接，FBG3第三光纤布拉格光栅的尾纤连接解调仪。
[0010]按上述方案，包括TEG热电模块、升压储存模块和稳压输出模块；TEG热电模块安装在海底地震仪的内部，用于采集热电能量；TEG热电模块的能量输出端连接升压储存模块的电源输入端，用于将采集到的热电能量传输给升压储存模块；TEG热电模块包括N型掺杂半导体芯片、P型掺杂半导体芯片、金属片、第一导热陶瓷板、第二导热陶瓷板；第一导热陶瓷板和第二导热陶瓷板的表面分别金属化，N型掺杂半导体芯片、金属片与P型掺杂半导体芯片依次夹在第一导热陶瓷板与第二导热陶瓷板之间，N型掺杂半导体芯片与P型掺杂半导体芯片之间通过金属片串联，第一导热陶瓷板和第二导热陶瓷板的外侧分别通过引线引出用于输出电能；升压储存模块的电源输出端连接稳压输出模块的电源输入端，升压储存模块用于将超低压、低功率的电能升压、储存并传输给稳压输出模块；稳压输出模块的电源输出端连接待充电设备的电源输入端，稳压输出模块用于将电能稳定传输给待充电设备。
[0011]进一步的，升压储存模块包括能量采集芯片、第一电容C1、第二电容CSC、第三电容CHVR、第四电容CREF、第五电容CBYP、第六电容CSTOR、第一电感LBST、第一电阻ROK1、第二电阻ROK2、第三电阻ROK3、第四电阻ROC1、第五电阻ROC2、第六电阻ROV1、第七电阻ROV2、第八电阻RUV1、第九电阻RUV2；能量采集芯片的VSTOR引脚通过串联第五电容CBYP接地，第六电
容CSTOR并联在第五电容CBYP的两端；第一电感LBST的一端连接能量采集芯片的LBST引脚，另一端分别连接TEG热电模块的能量输出端和第三电容CHVR的一端，第三电容CHVR的另一端接地；第五电阻ROC2并联在能量采集芯片的VIN
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DC引脚与VOC
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SAMP引脚之间，能量采集芯片的VIN
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DC引脚连接TEG热电模块的能量输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅海底振动信号测量系统，其特征在于：包括外框构架、密封门、加速度传感器、光纤陀螺仪、解调仪、热电转换装置、锂电池组；外框构架包括上层腔体和下层腔体；下层为锂电池组安装腔体，用于定位并安装锂电池组；锂电池组的电源输出端连接解调仪的电源输入端用于为解调仪供电；上层腔体从左至右依次包括光纤光栅传感器安装腔体、热电转换装置安装腔体和解调仪安装腔体；光纤光栅传感器安装腔体的外侧边缘不与外框构架的内壁接触用于防止出现干扰和误差，光纤光栅传感器安装腔体的内部为阶梯状腔体用于上下定位并安装加速度传感器，光纤光栅传感器安装腔体的右边缘设有第一螺纹孔用于通过螺纹对加速度传感器进行左右定位；光纤光栅传感器安装腔体的腔体开口前侧设有第三螺纹孔用于安装光纤陀螺仪，使光纤陀螺仪与加速度传感器平行固定；光纤陀螺仪用于实时测量系统的姿态角，并根据姿态角利用算法将加速度传感器确定的第一坐标系矫正到大地坐标系；热电转换装置腔体设于上层腔体的中线偏右侧，热电转换装置安装腔体的内部为阶梯状腔体用于定位并安装热电转换装置，热电转换装置安装腔体的左边缘设有第二螺纹孔用于通过螺纹对热电转换装置进行左右定位，热电转换装置安装腔体的后边缘紧贴外框构架的内壁；热电转换装置安装腔体的外侧右边缘为解调仪安装腔体的左边界，解调仪安装腔体用于定位并安装解调仪，热电转换装置贴紧解调仪安装用于充分吸收解调仪的热量；解调仪的第一通道和第二通道分别用跳线连接加速度传感器的尾纤和光纤陀螺仪的尾纤，用于分别解调加速度传感器的信号和光纤陀螺仪的光信号并储存测量数据。2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅海底振动信号测量系统，其特征在于：密封门与外框构架采取螺纹连接，设有八个螺纹连接处；外框构架与密封门的密封处设有卡槽，用于涂抹密封胶；外框构架采用不锈钢材质。3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅海底振动信号测量系统，其特征在于：还包括夹板用于分隔上层腔体和下层腔体，夹板的中部设有凹槽，凹槽贯穿夹板用于连通锂电池组与解调仪的供电线路；锂电池组的电源插口对准凹槽。4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅海底振动信号测量系统，其特征在于：加速度传感器包括X向加速度传感单元、Y向加速度传感单元和Z向加速度传感单元；设X、Y、Z为三个相互垂直的方向，则在低频环境下，Z向加速度传感单元用于测量Z轴方向的振动信号，Y向加速度传感单元用于测量Y轴方向的振动信号，X向加速度传感单元用于测量X轴方向的振动信号；X向加速度传感单元、Y向加速度传感单元和Z向加速度传感单元分别包括相同结构的金属传感芯体和不同波长的FBG光纤布拉格光栅；金属传感芯体为柔性双绞链式结构，包括依次连接的基座、双绞链结构和芯体质量块，基座上设有螺纹孔；FBG光纤布拉格光栅按金属传感芯体的长度方向固定在金属传感芯体上；光纤光栅陀螺仪敏感的三轴方向分别与低频FBG三维加速度传感器敏感的三轴方向平行，光纤光栅陀螺仪用于实时测量整个装置的姿态角，并根据姿态角用算法将低频FBG三维加速度传感器确定的第一坐标系矫正到大地
坐标系；低频FBG三维加速度传感器和光纤光栅陀螺仪分别通过各自的尾纤连接解调仪的不同输入通道的跳线，解调仪用于分别解调低频FBG三维加速度传感器的信号和光纤光栅陀螺仪的光信号并储存测量数据。5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅海底振动信号测量系统，其特征在于：金属传感芯体包括相同结构的Z向金属传感芯体、Y向金属传感芯体和X向金属传感芯体；FBG光纤布拉格光栅包括不同波长的FBG1第一光纤布拉格光栅、FBG2第二光纤布拉格光栅、FBG3第三光纤布拉格光栅；X向加速度传感单元包括X向金属传感芯体和固定在X向金属传感芯体上的FBG3第三光纤布拉格光栅；Y向加速度传感单元包括Y向金属传感芯体和固定在Y向金属传感芯体上的FBG2第二光纤布拉格光栅；Z向加速度传感单元包括Z向金属传感芯体和固定在Z向金属传感芯体上的FBG1第一光纤布拉格光栅；FBG光纤布拉格光栅在固定的过程中使栅区悬空不与金属传感芯体接触，并给光纤足够的预拉伸；Z向金属传感芯体与X向金属传感芯体位于同一平面且相互垂直；Y向金属传感芯体与Z向金属传感芯体、X向金属传感芯体所在平面垂直；Z向金属传感芯体、Y向金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁磊，徐其伟，唐浩冕，杜尚明，宋力勰，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：