[发明专利]可用于陆地及水下的光纤激光检波器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种可用于陆地及水下的光纤激光检波器。

背景技术

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。

Teng Li，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50mm×30mm×40mm。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(实用新型专利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110mm，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80MPa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，这也是本发明提出的技术背景。

因此，本发明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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明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，本发明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。

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11、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。