可用于陆地及水下的光纤激光检波器制造技术

本发明专利技术公开了一种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，包括：主体筒，其内部安装有至少两个膜片及至少一个质量块，质量块安装于两个膜片之间；衬筒，安装于主体筒的内表面，用于支撑膜片；延长筒，连接于主体筒，用于为光纤激光器保留足够的空间，并压紧膜片；在延长筒一侧壁开出的静压孔，用于将检波器内部与外部联通，以平衡静压；端盖，安装于延长筒的端部，用于保护传感器内部、引出激光器，并固定光纤激光器的一端；以及光纤激光器，一端固定于端盖，另一端穿过延长筒、膜片及质量块固定于质量块的一端，用于检测地震波信号。利用本发明专利技术，可以减小检波器的体积，减小横向灵敏度，消除静水压的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感器
，尤其涉及一种可用于陆地及水下的 光纤激光检波器。
技术介绍
光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性 等方面具有明显的优势，在国防、军事应用领域显得尤为突出，被许多国 家列为重点发展的国防技术。光纤检波器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生 的种种调制效应，探测地表、地下、以及液体中的地震波信号的仪器。它 与传统的压电类传感器相比，有以下主要优势频带宽、声压灵敏度高、 不受电磁干扰、重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息 传输于一身等优点。鉴于光纤检波器的如上技术优势，可满足各发达国家在石油、军事等 领域的要求，目前已经在此方面积极展开研究。TengLi，许兆文，刘波，董孝义等人分别报道了不同种类的光纤加速 度传感器(检波器的一种)。但是，上面报道的这些光纤加速度传感器全 部是基于悬臂梁的技术方案。也就是将光纤光栅粘接在悬臂梁的表面，在 悬臂梁的自由端安装质量块，当有地震波信号时，悬臂梁振动，从而在其 上下表面产生应变，使光纤光栅的输出波长发生变化，从而解调出地震波 信号。在这些技术方案中存在一些共同问题。首先，体积较大，由于悬臂 梁要安装在传感器的内部，并留有一定的空间安装质量块等，传感器的体 积不能做得很小， 一般尺寸都要大于50 mmx30 mmx40 mm。第二，横向 灵敏度较大，悬臂梁和质量块在受到横向激励时不可避免的产生扭曲。董 孝义等人(技术专利ZL200420028862.7)提出了将质量块穿过导轨的 技术方案，该方案可在一定程度上减小横向加速度灵敏度，但是导轨同时限制了质量块的移动范围。从而限制了传感器的动态范围(定义为最大检 测信号与最小检测信号之比)。因此没有根本上解决横向灵敏度的问题。 第三，上述各种技术方案均没有考虑在水下工作的情况，尤其是在深水中 当水压比较大的时候，传感器外壳受压变形将使其不能正常工作。因此，如何减小传感器的体积，减小横向灵敏度的影响，并使传感器 可以工作在陆地和水下是该类光纤检波器目前尚未解决的技术问题，而此 类技术问题将很大程度上限制传感器的应用范围。例如，在井下石油勘探作业中，井口直径不大于110 mm，因此传感器的体积必须细小，以保证 可以顺利安装于井下。又如，在石油勘探作业中应用时，为了获得清晰的 地层剖面成像，要求检波器的横向灵敏度越低越好，这样才可以分辨不同 方向的地震波信号。再如，当进行井下和海底石油勘探作业时，要求传感 器能够耐静水压，在某些情况下，静水压可达80 MPa以上。如上这些应 用领域，都对地震检波器提出了苛刻的性能要求，这也是本专利技术提出的技 术背景。因此，本专利技术提出一种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，用于在 军事领域和石油勘探等民用领域的地震波勘探，重点解决传感器的体积、 横向灵敏度、水下静压平衡等问题。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种可用于陆地及水下的光纤 激光检波器，以解决传感器的体积、横向灵敏度、水下静压平衡等问题。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的 一种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，该光纤激光检波器包括主体筒IO，其内部安装有至少两个膜片60及至少一个质量块50，质 量块50安装于两个膜片60之间；衬筒80，安装于主体筒10的内表面，用于支撑膜片60;延长筒20，连接于主体筒10，用于为光纤激光器40保留足够的空间，并压紧膜片60;在延长筒20 —侧壁开出的静压孔21 ，用于将检波器内部与外部联通，以平衡静压；端盖30，安装于延长筒20的端部，用于保护传感器内部、引出激光 器40，并固定光纤激光器40的一端；以及光纤激光器40， 一端固定于端盖30，另一端穿过延长筒20、膜片60 及质量块50固定于质量块50的一端，用于检测地震波信号。上述方案中，所述主体筒10为一内部有阶梯的圆柱筒形结构，包含 第一凸台ll、第二凸台12，以及用于引出光纤激光器40的尾纤的孔13。上述方案中，所述衬筒80的外径等于膜片60的外径，以保证膜片60 的压紧效果，但略小于主体筒10第一凸台11与第二凸台12之间部分的 内径，以便于顺利安装。上述方案中，所述膜片60为中心对称形状，其中央包含一孔61，用 于安装质量块50，孔61的周围呈中心对称形开有至少两个用于联通检波 器内部各部分的孔63，孔63之间形成肋62;膜片60作为限位元件，用 于控制检波器频响特性和灵敏度，并限制质量块50的横向位移，以减小 检波器的横向灵敏度。上述方案中，所述膜片60的安装方式为其中一个膜片的孔63与另一个膜片的肋62相对；所述膜片60的个数与其孔63的个数的关系为孔63的个数可以被 膜片60的个数整除。上述方案中，所述质量块50为一中间较粗，两端较细的阶梯形圆柱 结构，其两端较细部分用于安装膜片60;质量块50作为惯性元件，用于 增加地震波信号引起的光纤激光器40的轴向应变，并固定光纤激光器40 的另一端；上述方案中，所述质量块50的两端进一步安装有螺母52，以固定膜 片60和质量块50。上述方案中，所述质量块50由多个形状相同的、中间较粗两端较细 的圆柱形质量块串接而成，并且在每一个较细的部位均安装有一膜片60， 质量块50的个数等于膜片60的个数减一。上述方案中，当所述质量块50由多个形状相同的、中间较粗两端较 细的圆柱形质量块串接而成时，其串接、并固定膜片60的方法为通过螺母52同时将相邻的两个质量块旋紧在一起，并将膜片60压紧在其中一个质量块上。上述方案中，所述膜片60与延长筒20之间进一步安装卡环15使膜 片60压紧在衬筒80上，以改善压紧的效果。上述方案中，所述膜片60与主体筒IO之间进一步安装垫圈16，以改 善压紧的效果。上述方案中，所述衬筒80的个数等于膜片60的个数减一。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、 本专利技术提供的这种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，可以通 过利用圆柱形筒并安装多个膜片及质量块的方式减小检波器的体积。2、 本专利技术提供的这种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，可以通过安装多个膜片并对称放置不同的膜片，以减小横向灵敏度。3、 本专利技术提供的这种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，通过静 压平衡孔及膜片上的孔使检波器的内部完全联通，以消除静水压的影响。附图说明图1为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器的结构图 (剖视图)；图2为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器安装两个质 量块和三个膜片时的示意图3为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器的质量块 50由多个质量块构成时的连接方式图4为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器中安装卡环 15和垫圈16时的示意图5为常见的圆形膜片的示意图6为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器的膜片60有两个孔和两个肋时的示意图(小孔)；图7为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器的膜片60 有两个孔和两个肋时的示意图(大孔)；图8为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤激光检波器的膜片60 有三个孔和三个肋时的示意图(小孔)；图9为本专利技术提供的可用于陆地及水下的光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于陆地及水下的光纤激光检波器，其特征在于，该光纤激光检波器包括：　主体筒（１０），其内部安装有至少两个膜片（６０）及至少一个质量块（５０），质量块（５０）安装于两个膜片（６０）之间；　衬筒（８０），安装于主体筒（１０）的 内表面，用于支撑膜片（６０）；　延长筒（２０），连接于主体筒（１０），用于为光纤激光器（４０）保留足够的空间，并压紧膜片（６０）；　在延长筒（２０）一侧壁开出的静压孔（２１），用于将检波器内部与外部联通，以平衡静压；　端盖 （３０），安装于延长筒（２０）的端部，用于保护传感器内部、引出激光器（４０），并固定光纤激光器（４０）的一端；以及　光纤激光器（４０），一端固定于端盖（３０），另一端穿过延长筒（２０）、膜片（６０）及质量块（５０）固定于质量块（５０） 的一端，用于检测地震波信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文涛，李学成，张发祥，李芳，刘育梁，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]