三维光纤光栅地震检波器制造技术

一种三维光纤光栅地震检波器，

【技术实现步骤摘要】
三维光纤光栅地震检波器


[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及到一种三维光纤光栅地震检波器
。

技术介绍

[0002]振动测量技术在地震监测领域扮演着十分重要的作用
。
现有的地震勘探技术大多依赖于电类检波器，但该类检波器存在易受电磁干扰
、
不耐高温等缺陷
。
近年来，光纤光栅
(FBG)
以其不受电磁干扰
、
耐高温
、
易组网等优点在众多领域得到应用
。
将
FBG
检波器应用于地震波监测能够弥补传统检测方法的不足，因此，研究新型的
FBG
地震检波器对于地震勘探技术的发展具有重要意义
。
[0003]光纤光栅加速度计由惯性质量
、
弹性元件以及阻尼系统三部分组成
。
由于该加速度计是以波长发生变化的方式达到测量目的，当光纤光栅受到激励信号的作用时，光栅发生形变从而产生应变，原始的光信号发生变化
。
解调系统将变化后的光信号转换为
FBG
中心波长的漂移量，通过对比中心波长的变化量从而达到检测外界振动信号的作用
。
[0004]随着近些年
FBG
传感研究的不断深入和振动测试发展的需求
。FBG
振动传感技术被众多学者深入研究，目前，光纤光栅加速度地震检波器主要有梁式
、
铰链式
、
膜片式和弹性柱体式四种结构，其中，梁式结构抗干扰能力强，加工简单，稳定性好，但均仅限于单分量或者二分量地震信号的采集，很难满足采集多方向地震信息的需求
。
为获取更丰富的地震波信息，三维光纤光栅地震检波器已成为当前研究的主要对象，因此，需要设计基于三维弹性结构的小体积光纤光栅地震检波器以采集多方向的地震信息并实现自温度补偿
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种结构简单
、
体积小
、
灵敏度高
、
可检测
X
方向
、Y
方向
、Z
方向的三维光纤光栅地震检波器
。
[0006]解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种三维光纤光栅地震检波器，
U
形安装座一侧壁内侧竖直方向固定有光纤，光纤呈悬空状态，光纤上刻写有间隔一定距离的第一光栅和第二光栅，
U
形安装座另一侧壁与光纤之间依次设置有呈悬空状态且连接为一体的第一镂空六边形梁
、
第二镂空六边形梁
、
质量块，质量块靠近光纤的侧面与光纤平齐且通过胶固定在第一光栅和第二光栅之间，第二镂空六边形梁的中心线与第一镂空六边形梁的中心线正交
。
[0007]作为一种优选技术方案，所述第一镂空六边形梁与第二镂空六边形梁结构相同
。
[0008]作为一种优选技术方案，所述第一镂空六边形梁中一组平行且相等两个梁作为固定梁，其余四个梁作为自由梁，四个自由梁的长度相等，固定梁的长度＜自由梁的长度
。
[0009]作为一种优选技术方案，所述两相连自由梁之间的夹角为锐角
。
[0010]作为一种优选技术方案，所述第一光栅和第二光栅的中心波长不同，栅区长度相同
。
[0011]作为一种优选技术方案，所述光纤在固定前施加有一定的预应力
。
[0012]作为一种优选技术方案，所述检波器
X
轴方向的灵敏度为：
[0013][0014]式中，
Pe
是光纤的有效弹光系数，
λ1为第一光栅的中心波长，
M
为质量块的重量，
ε
x
为第一光栅或第二光栅在
X
轴方向的初始应变量，
E
f
为光纤的弹性模量，
A
f
为光纤的横截面积，为检波器在
X
轴方向的结构刚度，
l
为光纤在安装座上固定点与质量块上固定点之间的长度；
[0015]所述检波器
Y
轴方向的灵敏度为：
[0016][0017]式中，
ε
y
为第一光栅或第二光栅在
Y
轴方向的初始应变量，为检波器在
Y
轴方向的结构刚度；
[0018]所述检波器
Z
轴方向的灵敏度为：
[0019][0020]式中，
K
sz
为检波器在
Z
轴方向的结构刚度，
K
f
为光纤的弹性刚度
。
[0021]本专利技术的有益效果如下：
[0022]本专利技术通过两个中心线正交的镂空六边形梁，可以采集三维地震信息，并采用两个光栅刻写在同一根光纤上的封装方式，有效提高检波器灵敏度的同时实现
Z
轴方向的温度补偿，与普通的振动传感器相比，仅通过两只光纤光栅和一个质量块实现了三维振动信号的检测
。
本专利技术在
X
轴方向谐振频率为
492.78Hz
，灵敏度为
7.5pm/g
；
Y
轴方向谐振频率为
129.27Hz
，灵敏度为
102.2pm/g
；
Z
轴方向谐振频率为
93.05Hz
，灵敏度为
387.5pm/g。
附图说明
[0023]图1是本专利技术三维光纤光栅地震检波器的结构示意图
。
[0024]图2是本专利技术第一镂空六边形梁2的结构示意图
。
[0025]图3是
X
轴方向的振动简化图
。
[0026]图4是
Y
轴方向的振动简化图
。
[0027]图5是
Z
轴方向的振动简化图
。
[0028]图6是本专利技术在
X
轴方向振动仿真图
[0029]图7是本专利技术在
Y
轴方向振动仿真图
。
[0030]图8是本专利技术在
Z
轴方向振动仿真图
。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于下述的实施方式
。
[0032]在图1中，本实施例的一种三维光纤光栅地震检波器，包括
U
形安装座
1、
光纤
5、
第一光栅
4、
第二光栅
7、
第一镂空六边形梁
2、
第二镂空六边形梁
3、
质量块
6。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三维光纤光栅地震检波器，其特征在于：
U
形安装座一侧壁内侧竖直方向固定有光纤，光纤呈悬空状态，光纤上刻写有间隔一定距离的第一光栅和第二光栅，
U
形安装座另一侧壁与光纤之间依次设置有呈悬空状态且连接为一体的第一镂空六边形梁
、
第二镂空六边形梁
、
质量块，质量块靠近光纤的侧面与光纤平齐且通过胶固定在第一光栅和第二光栅之间，第二镂空六边形梁的中心线与第一镂空六边形梁的中心线正交
。2.
根据权利要求1所述三维光纤光栅地震检波器，其特征在于：所述第一镂空六边形梁与第二镂空六边形梁结构相同
。3.
根据权利要求1或2所述三维光纤光栅地震检波器，其特征在于：所述第一镂空六边形梁中一组平行且相等两个梁作为固定梁，其余四个梁作为自由梁，四个自由梁的长度相等，固定梁的长度＜自由梁的长度
。4.
根据权利要求3所述三维光纤光栅地震检波器，其特征在于：所述两相连自由梁之间的夹角为锐角
。5.
根据权利要求1所述三维光纤光栅地震检波器，其特征在于：所述第一光栅和第二光栅的中心波长不同，栅区长度相同
。6.
根据权利要求1所述三维光纤光栅地震检波器，其特征在于：所述光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔学光，许艳宁，樊伟，高宏，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：