[发明专利]用于具有光学读出的位移传感器的闭合环路控制技术

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2012年11月2日的美国临时申请No.61/721,903以及提交于2012年10月11日的美国临时专利申请No.61/712,652的权益，其所有内容通过引用在此并入。

本申请还涉及公布于2011年8月11日的美国专利公开号2011/0194711，公布于2011年8月11日的美国专利公开号2011/0194857，授权于2006年10月3日的美国专利号7,116,430，授权于2009年2月3日的美国专利号7,485,847，授权于2003年11月4日的美国专利号6,643,025以及授权于2004年6月22日的美国专利号6,753,969，所有内容通过引用在此并入。

技术领域

以下部分仅供作为信息参考之用。在本部分所包括的资料不应当被视为是本申请的现有技术。

在此公开的一些实施方式指向用于地震感测的系统、设备以及方法，例如适于用作地震检波器。地震检波器是一种将地面运动(位移、速度、加速度)转换为可以被记录在例如记录站或是传感器封包内的板上存储器中的电信号(例如，电压)的设备。所测量到的电压较之基准线的偏离被称为地震响应并且被分析从而确定地球的地表下结构。

背景技术

地震检波器可以是无源模拟设备，其包括例如在线圈内移动用以生成电子信号的弹簧安装的磁性物质。一些地震检波器可以基于微机电系统(MEMS)技术，其通过用于保持一小块硅的位置的有源反馈电路来对地面运动生成电子响应。

线圈/磁铁地震检波器的响应可以与地面速度成正比，而MEMS设备可以与加速度成比例地进行响应。MEMS设备可能较之线圈/磁铁地震检波器而言具有更高的噪音水平并由此限于使用在强烈运动或是活跃地震应用中。

地震检波器可以使用在反射地震学中用以记录由地下地质所反射的波能量，例如用于定位地下石油或天然气沉积。

发明内容

申请人研发了在此所描述的应用了光学读出技术来测量两种物质相对位移的设备、装置、系统以及方法。这些技术总体上可以被用于获取包括例如运动速率、速度、加速度等的关于这些物体的相对和/或绝对位置和/或运动的信息。

在示例性的例子中，在此所描述的概念可以被应用在地震传感器(例如，地震检波器)中用以测量由于地面运动而引起的两个质量体之间的相对位移，例如校样质量体(惯性参考框架)以及壳体。本公开的传感器可以被配置为例如具有可以提供相对位移的高敏感度读出的光学探测结构的加速计或是速度传感器。

传感器的光学探测结构可以包括干涉仪结构，其中来自光源的光被分为至少两个光束并且被导向沿着至少两条不同的路径行进。两条不同的路径可能具有取决于校样质量体和壳体的相对位移的光学路径长度差。光电探测器可以探测到通过合并所分割的光束而产生的干涉图形从而生成指示着干涉图形的信号。通过处理所生成的光学读出信号，有可能是与其它信号进行合并，传感器可以确定指示着校样质量体和壳体的相对位移的位移信息。

各种技术(例如，闭合环路反馈技术)可以连同光学读出一起用于提供优秀的传感器性能。例如，传感器的输出可以被改变以降低噪声、提供例如所需频率响应曲线的期望的感测性能、增加传感器的带宽、动态范围以及线性、达到临界阻尼、降低DC偏移和功耗、在很宽的信号频率(例如，在对于地震探索有用的低频)上对频率响应进行校准、稳定化以及平整、降低削波恢复时间等。本公开的一些实施方式通过对校样质量体施加反馈力从而调整了传感器的工作点。所述反馈力可以基于所测量到的位移信号并且可以响应于例如地面运动或是校准。

本公开的至少一个方面指向一种包括壳体的装置。该装置可以包括在壳体内可移动的校样质量体。该装置还可以包括光学传感器。所述光学传感器可以被配置为生成指示着校样质量体和壳体的相对位移的位移信号。

在一个实施方式中，光学传感器包括一个或多个光学元件。光学元件可以被配置为生成指示着校样质量体和壳体的相对位移的光学干涉图形。

在一个实施方式中，该装置包括安装在壳体和校样质量体之一上的衍射光学元件。该装置还可以包括在壳体和校样质量体中的另一个之上的反射元件。该装置还可以包括配置为照亮光学元件和镜子的光源。该装置还可以包括一个或多个配置为探测干涉图形并且生成位移信号的探测器。可以通过从反射元件和衍射元件入射的合并光生成干涉图形。

在一个实施方式中，该装置包括配置为影响壳体和校样质量体的相对运动的电磁设备。所述相对运动至少部分基于位移信号而被影响。