一种光纤振动传感资料采集设备、系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种光纤振动传感资料采集设备、系统及方法，应用于地震勘探、天然地震、水中物体探测领域，针对现有光纤水听器技术受限于弹性材料技术和光线缠绕、固化工艺制造技术，从而抵消了光纤探测所具有的高精度的问题；本发明专利技术将光纤作为振动弦，水的振动直接推动

【技术实现步骤摘要】
一种光纤振动传感资料采集设备、系统及方法


[0001]本专利技术属于地震勘探、天然地震、水中物体探测领域，特别涉及一种光纤振动传感资料采集技术。

技术介绍

[0002]检波器是地震勘探最基础和最核心的装备，海洋地球物理也是如此。在海洋(湖泊)地震勘探中，由于接收介质是水，无论是拖缆、海底缆OBC还是海底节点地震仪器，压电水听器得到了工业化应用。压电水听器通过压力变化导致输出电压变化探测振动信号，因此压电水听器属于
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压力传感
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技术。由于压电材料对环境压力的敏感性，不同的水深段需要使用不同压电材料的水听器与之匹配；随着水深(压力)的增加，压电水听器的精度(灵敏度、频带、动态范围)随之降低；压电材料的选择和水听器制造工艺直接影响到压电水听器的单道性能和多道信号的一致性。
[0003]压电材料技术水平和制造工艺水平决定了压电水听器的技术水平，提高深水压电水听器精度一直是业界奋斗的目标，目前深水探测设备制造和应用技术被极少数西方公司垄断。
[0004]光纤探测振动信号的理论和室内测试都证明了其探测精度远高于电磁探测(电磁动圈检波器、压电检波器)精度。光纤探测振动信号的原理是，通过测量光纤内两点间光的干涉效应(光栅光纤、微结构光纤)或光纤内光源的散射回光(DAS)，从而测量振动信号。光纤水听器的结构是将光纤缠绕在圆柱形弹性共振体上，其物理过程是：水中的波动引起观测点的振动，振动引起水压力的变化、从而引起水听器弹性共振体外形的变化、从而引起光纤长度的变化、从而引起水听器两端点间光干涉效应的变化，被光学仪器记录；因此光纤水听器属于
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压力传感
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技术。光纤本身的弹性性能、光学性能与环境压力无关。水听器弹性共振体的弹性性能、光纤与弹性共振体的耦合性能决定了光纤水听器的性能；弹性共振体材料的硬度(杨氏模量)与水深成正比(不同水深段需要不同硬度的弹性材料与之匹配)，弹性共振体的灵敏度与水深(压力)成反比，弹性体的尺寸与频率响应成反比。因此，如何克服水深(压力)对弹性共振体性能的影响，成为光纤水听器研究的核心课题。
[0005]光纤水听器的研究和应用得到了全球业界的极大关注并持续了数十年的研究热潮不退，受弹性材料技术水平和水听器制造工艺水平的限制，全球范围内仅仅在少数高端领域实现了小范围应用，工业化任重道远。
[0006]光纤水听器技术受限于弹性材料技术和光线缠绕、固化工艺制造技术，从而抵消了光纤探测所具有的高精度(高灵敏度、宽频带、大动态范围)技术优势。殊途同归，压电水听器和光纤水听器同属于
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压力传感
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，都受制于材料技术的突破和制造工艺技术的创新。特别在深水高压环境下，系统的多通道传输设计、抗压设计、露压设计、抗拉设计、缆的柔性及耐磨设计等多因素影响，系统制造工艺复杂、产品尺寸大，现场作业难度大；制造价格、作业与运维成本巨大；多因素影响限制了技术的发展与应用。
[0007]因此，如何克服环境压力对
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压力传感
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元器件精度的影响，成为业界研究的最核
心课题，研究振动信号的高精度光纤探测方法，并易于工业化应用，是业界追求的最高目标。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种光纤振动传感资料采集设备、系统及方法，采用既是信号发生器的光纤，又是振动直接感知器的振动弦，对振动信号进行直接探测，有效避开了光纤水听器、压电水听器等的压力传感元器件对信号的阻尼滤波改造作用；使得系统性能与环境压力无关。
[0009]本专利技术采用的技术方案之一为：一种光纤振动传感资料采集设备，包括光纤振动弦、通信主缆，所述光纤振动弦布设于通信主缆一端，并与通信主缆中的光纤连接，用于探测振动信号。
[0010]所述光纤振动弦为抛物线型光纤振动弦，抛物线型光纤振动弦外层为比重小于1的耐高压涂层，抛物线型光纤振动弦的两个端点固定在水平距离小于抛物线型光纤振动弦长度的通信主缆一端的两个支点上。
[0011]所述光纤振动弦为折线型光纤振动弦，折线型光纤振动弦的两个端点固定在水平距离小于折线型光纤振动弦长度的通信主缆一端的两个支点上，在折线型光纤振动弦的中间位置固定比重小于1的浮球。
[0012]所述光纤振动弦为直线型光纤振动弦，直线型光纤振动弦呈拉直状，固定于通信主缆一端的两个支点上。
[0013]所述光纤振动弦为垂线型光纤振动弦，所述垂线型光纤振动弦的两个端点固定在通信主缆一端的一个支点上，在垂线型光纤振动弦的中间位置固定比重小于1的浮球。
[0014]所述光纤振动弦为水囊型、环形光纤弦，所述水囊型、环形光纤振动弦的水囊固定在通信主缆的一个支点上并与缆内给水管连接；所述环形光纤振动弦包括三条圆环形光纤振动弦，三条圆环形光纤振动弦分别固定在以水囊中心为原点、沿空间三个垂直平面与球型水囊的三个圆形切线上，三条圆环形光纤振动弦组成两两垂直的三份量组合、在水囊的固定位置与通信主缆连接。
[0015]本专利技术采用的技术方案之二为：一种光纤振动传感资料采集系统，包括：光纤主机、光纤振动传感资料采集设备；光纤振动传感资料采集设备中的通信主缆另一端与光纤主机连接，通信主缆将光纤振动弦探测的振动信号传输给光纤主机。
[0016]本专利技术采用的技术方案之三为：一种光纤振动传感资料采集方法，包括：
[0017]首先布设光纤振动传感资料采集设备；
[0018]环境介质振动直接推动光纤振动弦的同步振动，从而通过光纤振动弦直接探测振动信号；
[0019]光纤振动弦探测的振动信号通过通信主缆传输至光纤主机。
[0020]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种光纤振动传感资料采集设备、系统及方法，实现了深水(高压)振动信号的高精度探测；本专利技术的一套设备适合不同水深的一体化探测，减少了不同水深设备的重复购置成本；简化了设备制造工艺，降低了设备重量和尺寸；降低了设备制造成本、作业成本。
附图说明
[0021]图1为抛物线型光纤振动弦；
[0022]图2为折线型、直线型光纤振动弦；
[0023]其中，(a)为折线型光纤振动弦，(b)为直线型光纤振动弦；
[0024]图3为垂线形光纤振动弦；
[0025]图4为水囊型、环形光纤振动弦；
[0026]图5为图4的光纤振动弦过主缆的示意图；
[0027]其中，(a)为水囊旁通过通信主缆，(b)为水囊中通过通信主缆；
具体实施方式
[0028]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0029]本专利技术利用
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弦
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的振动原理，即弦的振动推动环境介质的同步振动、形成振动波；反之，环境介质的振动(波动)推动弦的同步振动、导致弦内张力和弦长度的变化。将光纤作为振动弦，水的振动直接推动
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光纤振动弦
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤振动传感资料采集设备，其特征在于，包括光纤振动弦、通信主缆，所述光纤振动弦布设于通信主缆一端，并与通信主缆中的光纤连接，用于探测振动信号。2.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感资料采集设备，其特征在于，所述光纤振动弦为抛物线型光纤振动弦，抛物线型光纤振动弦外层为比重小于1的耐高压涂层，抛物线型光纤振动弦的两个端点固定在水平距离小于抛物线型光纤振动弦长度的通信主缆一端的两个支点上。3.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感资料采集设备，其特征在于，所述光纤振动弦为折线型光纤振动弦，折线型光纤振动弦的两个端点固定在水平距离小于折线型光纤振动弦长度的通信主缆一端的两个支点上，在折线型光纤振动弦的中间位置固定比重小于1的浮球。4.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感资料采集设备，其特征在于，所述光纤振动弦为直线型光纤振动弦，直线型光纤振动弦呈拉直状，固定于通信主缆一端的两个支点上。5.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感资料采集设备，其特征在于，所述光纤振动弦为垂线型光纤振动弦，所述垂线型光纤振动弦的两个端点固定在通信主缆一端的一个支点上，在垂线型光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智高，
申请(专利权)人：张智高，
类型：发明
国别省市：