[发明专利]一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统

摘要

本发明涉及一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统，该系统包括窄线宽激光源、耦合器、声光调制器、掺饵光纤放大器、平衡光电探测器、微结构传感光缆、信号控制和处理模块。窄线宽激光器产生信号光由环形器注入微结构传感光缆，通过该光缆对外界地震波信号进行测量，携带地震波信息的反射光信号与参考光形成外差信号送入平衡光电探测器，其输出的电信号最终由信号控制处理模块进行解调处理，实现对地震波信号的有效测量。本发明具有测量灵敏度高、空间分辨率高的优势，相比于传统电学检波器，结构简单，体积小重量轻易安装，且不受电磁干扰。本发明可用于测量地下传播的地震波信号、资源探测以及地质勘探等领域。

主权项

1.一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统，其特征在于，包括窄线宽激光器(1)、第一光耦合器(2)和第二光耦合器(8)、光环形器(5)、声光调制器(3)、掺饵光纤放大器(4)、平衡光电探测器(7)、微结构传感光缆(6)以及控制处理模块(9)；其中：/n所述窄线宽激光器(1)输出与第一耦合器(2)相连，用于提供窄线宽激光信号；/n所述第一耦合器(2)包括光源输入端、本振光输出端和信号光输出端；所述光源输入端用于接收窄线宽激光，本振光输出端与第二耦合器(8)本振光输入端相连，向其提供参考光；信号光输出端与声光调制器(3)输入端相连，向其提供信号光；/n所述声光调制器(3)包含输入、输出和驱动三个端口，用于将激光调制成脉冲并产生一定的频移；/n所述掺饵光纤放大器(4)包含光输入和光输出两个端口，用于放大输入光信号；/n所述光环形器(5)的第一端口与掺饵光纤放大器(4)输出端相连，第二端口与微结构传感光缆(6)相连，第三端口接第二耦合器(8)输入端；所述光环形器(8)用于将第一端口的光输送至第二端口输出，将从第二端口进入的光输送至第三端口，经该端口送出至第二耦合器(8)；所述第二耦合器(8)用于将参考光和信号光合为一路，送入平衡光电探测器(7)输入端；/n所述微结构传感光缆(6)用作传感单元，用于感知地震波的传播；所述微结构传感光缆(6)的光纤上刻写的每个微结构点具备全波段反射特性，且反射率低但比瑞利散射高5-20dB；地震波引起光缆中光信号的变化，分布在所述微结构传感光缆的光纤的不同位置的每段微结构传感光缆为一个地震波检测单元来实现对地震波信号的探测，其等效位置可视为两微结构点间的光纤中部，能检测一段时间内此位置处的地震波传播信息，进而得到地震传输波形的时间位置分布图；/n所述平衡光电探测器(7)包含两个输入端口和一个差分输出端口，第二耦合器(8)输出的光进入平衡光电探测器(7)输入端；平衡光电探测器(7)输出端接控制处理模块(9)的输入端；平衡光电探测器(7)用于将光缆反射回的光与本振光干涉后的光信号，转化为电信号，送入控制处理模块(9)；/n所述控制处理模块(9)包含输入端、驱动端口和PC连接数据端口；控制处理模块(9)输入端连接平衡光电探测器(7)的输出端，驱动端连接声光调制器(3)用于驱动声光调制器正常工作；PC连接数据端口用于外接计算机；实现实时结果显示和数据存储；控制处理模块(9)用于解调平衡光电 探测器(7)输出的电信号，解调恢复光缆所探测的外界地震波信号，并产生驱动信号以控制声光调制器的工作；所述控制处理模块包含嵌入式处理模块(15)、D/A模块(16)、A/D模块(18)、带通滤波器(17)；所述A/D模块(18)用于采集信号并转化为数字信号，送入带通滤波器(17)；所述带通滤波器(17)用于实现中频带通，其输出接所述嵌入式处理模块(15)；所述嵌入式处理模块(15)用于对采集到的信号进行解调，并产生驱动信号，经D/A转化后送入声光调制器(3 )，以驱动声光调制器正常工作。/n