專利名稱：一種地震監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)裝置，特別是一種用于地震監(jiān)測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
中國(guó)位于世界兩大地震帶-環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯部位，受太平洋板塊、 印度洋板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分復(fù)雜，大地構(gòu)造位置決定地震頻繁震 災(zāi)嚴(yán)重。2008年5月12日發(fā)生的汶川地震震撼了每個(gè)中國(guó)人的心靈，也督促科技工作者 更好、更快的推動(dòng)科技發(fā)展，為防震減災(zāi)工作服務(wù)。
傳統(tǒng)的地震報(bào)警裝置是由振動(dòng)或位移傳感器組成，通過振動(dòng)或位移傳感器感應(yīng)到地震 時(shí)建筑物將發(fā)生的振動(dòng)或者形變進(jìn)行預(yù)警，這種傳統(tǒng)地震報(bào)警裝置存在以下缺點(diǎn)-
1. 對(duì)環(huán)境要求高。普通的地震波監(jiān)測(cè)儀器抗干擾能力差，只要有強(qiáng)磁場(chǎng)或電場(chǎng)干擾 便會(huì)發(fā)生誤報(bào)，想要能夠精確測(cè)量，要求將其裝在山洞等對(duì)環(huán)境要求高的區(qū)域。
2. 大地震出格。普通地震波監(jiān)測(cè)儀器頻帶窄，大地震來臨時(shí)出格現(xiàn)象普遍，即當(dāng)?shù)?震大于某個(gè)級(jí)別后，在地震儀上無法區(qū)別地震震級(jí)。
而在地震前兆監(jiān)測(cè)中，其實(shí)現(xiàn)手段依賴各種前兆儀器，如伸縮儀、傾斜儀、重力儀、 鉆孔應(yīng)變儀等可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地震前兆參數(shù)，但都普遍存在設(shè)備昂貴，對(duì)環(huán)境要求高，適應(yīng)性 差，不易安裝，很難實(shí)現(xiàn)大面積組網(wǎng)，也很難實(shí)現(xiàn)對(duì)地震的大面積、立體監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種適應(yīng)性強(qiáng)、多參 數(shù)和高精度的地震監(jiān)測(cè)裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是由中央控制終端和位于地下傳感探頭組 成。其中中央控制終端的光源部分發(fā)出的光脈沖信號(hào)，經(jīng)一根光纖傳輸?shù)轿挥谏畹丨h(huán)境
中的地下傳感探頭，然后在所述探頭中被深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度調(diào)制后，變成三個(gè)時(shí)域上 分立的調(diào)制脈沖信號(hào)，這些調(diào)制脈沖信號(hào)返回到中央控制終端的信息解調(diào)部分進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換、放大和數(shù)據(jù)處理，完成解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。 本發(fā)明提供的地震監(jiān)測(cè)裝置，其與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn) 其一.采用波分、時(shí)分、空分復(fù)用技術(shù)本裝置能同時(shí)在一根光纖上通過波分、時(shí)分、 空分技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、溫度、應(yīng)變的實(shí)時(shí)測(cè)量，集成度高，適應(yīng)性強(qiáng)。
其二.采用多功能光纖無源傳感頭，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于遠(yuǎn)程井下傳感。 其三.采用相位調(diào)制技術(shù)相位調(diào)制技術(shù)由于采用了干涉技術(shù)而具有很高的檢測(cè)靈敏
度。如果信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)到y(tǒng)rad的相位移，那么每米光纖的檢測(cè)靈敏度對(duì)應(yīng)于壓 力為10—7Pa。
其四.采用溫敏光柵結(jié)合雙通道邊沿濾波法實(shí)現(xiàn)高精度溫度傳感，檢測(cè)靈敏度對(duì)于溫
度為o.orc。
3其五.采用壓敏光柵結(jié)合雙通道邊沿濾波法實(shí)現(xiàn)高精度應(yīng)變傳感，檢測(cè)靈敏度對(duì)于應(yīng) 變?yōu)?.1 US。
其六.采用系統(tǒng)軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域變換，做簡(jiǎn)單的事件分析，彌補(bǔ)了系統(tǒng)沒有視頻圖 像的缺陷，并自動(dòng)輸出報(bào)警聯(lián)動(dòng)信號(hào)。整個(gè)過程無需人工干預(yù)，因此系統(tǒng)自動(dòng)化程度很高。
其七.制造成本低，易于安裝，精度高，實(shí)用性強(qiáng)，易于組成臺(tái)網(wǎng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) 深地的大范圍、立體式監(jiān)測(cè)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中l(wèi).分布反饋半導(dǎo)體窄帶激光器(DFB-LD) ; 2.寬譜激光源(LD) ; 3.光耦合器；
4.光柵；5.光放大器；6.環(huán)形器；7.延時(shí)纖；8.傳感光柵；9.梳狀濾波器；IO.光電高速探測(cè) 器；ll.信號(hào)放大器；12.模數(shù)轉(zhuǎn)換器；13.PC終端；14.光纖；15.反射式M-Z干涉儀。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的地震監(jiān)測(cè)裝置，其由中央控制終端和位于地下傳感探頭組成。其中中 央控制終端的光源部分發(fā)出的光脈沖信號(hào)，經(jīng)一根光纖傳輸?shù)轿挥谏畹丨h(huán)境中的地下傳感 探頭，然后在所述探頭中被深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度調(diào)制后，變成三個(gè)時(shí)域上分立的調(diào)制脈 沖信號(hào)，這些調(diào)制脈沖信號(hào)返回到中央控制終端的信息解調(diào)部分進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和數(shù) 據(jù)處理，完成解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
上述中央控制終端，其由光源部分和信息解調(diào)部分組成，具體結(jié)構(gòu)如圖l所示光源 部分設(shè)有分布反饋半導(dǎo)體窄帶激光器1、光耦合器、光放大器5和環(huán)形器6，它們通過光 纖依次相連。設(shè)有寬譜激光源2，其由光纖與光耦合器相連，光耦合器的兩個(gè)輸出端與兩
個(gè)光柵4的輸入端相連，兩個(gè)光柵4的輸出端由光纖與一個(gè)光耦合器相連后，再經(jīng)光纖與 另一個(gè)光耦合器相連，該光耦合器經(jīng)光纖與光放大器5相連。信息解調(diào)部分設(shè)有PC終端 13，其以光纖與模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的輸出端相連，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端由光纖分別與兩個(gè) 信號(hào)放大器11的輸出端相連，兩個(gè)信號(hào)放大器的輸入端由數(shù)據(jù)線各與一個(gè)光電高速探測(cè) 器10的輸出端相連，其中一個(gè)光電高速探測(cè)器的輸入端由光纖與梳狀濾波器9相連后與 一個(gè)光耦合器相連，該光耦合器由光纖與另一個(gè)光電高速探測(cè)器的輸入端相連，并且該光 耦合器由光纖與環(huán)形器6相連。圖1中，編號(hào)3為光耦合器，編號(hào)14為光纖。
所述信息解調(diào)部分，可采用相位解調(diào)和波長(zhǎng)解調(diào)兩種方法對(duì)深地返回的調(diào)制脈沖信號(hào) 進(jìn)行解調(diào)。
所述兩個(gè)光柵4的中心波長(zhǎng)不相等，兩個(gè)傳感光柵8的中心波長(zhǎng)不相等，其中 一個(gè) 光柵4的中心波長(zhǎng)與一個(gè)傳感光柵8的中心波長(zhǎng)相等，例如，它們的中心波長(zhǎng)為1552.28nm。 另一個(gè)光柵4的中心波長(zhǎng)與另一個(gè)傳感光柵8的中心波長(zhǎng)相等，例如，它們的中心波長(zhǎng)為 1545.74nm。
所述深地環(huán)境是指由鉆機(jī)鉆的鉆孔。
上述地下傳感探頭，其結(jié)構(gòu)如圖l所示設(shè)有傳感光柵8和反射式M-Z干涉儀15，傳感光柵8通過光纖與一個(gè)光耦合器相連后，再經(jīng)光纖與另一個(gè)光耦合器相連，該光耦合 器由光纖與環(huán)形器6相連，其另一個(gè)輸出端與反射式M-Z干涉儀15相連。設(shè)有多根延時(shí) 纖7，它們分布在與傳感光柵8和反射式M-Z干涉儀15相連的光纖上。
上述地下傳感探頭，其可以采用集成了振動(dòng)、溫度、應(yīng)變多參數(shù)傳感技術(shù)的傳感器， 其中應(yīng)變傳感器和，應(yīng)變傳感器可以采用北京基康科技有限公司生產(chǎn)的BGK-FBG-4150， 溫度傳感器采用北京基康科技有限公司生產(chǎn)的BGK-FBG-4700S。
上述解調(diào)裝置為相位解調(diào)、雙通道波長(zhǎng)解調(diào)裝置。解調(diào)裝置接有PC終端。解調(diào)裝置 中的光電高速探測(cè)器IO采用武漢電信器件公司(WTD)生產(chǎn)的PDCS985。
上述的PC終端13，其帶有用labview所編寫的可視化應(yīng)用程序可以實(shí)時(shí)記錄參量 信息；可以用友好的圖形界面給出測(cè)量數(shù)據(jù)及波形顯示；可以與所設(shè)定的閾值實(shí)時(shí)比對(duì)， 如有異常即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
本發(fā)明提供的地震監(jiān)測(cè)裝置，可以利用鉆機(jī)鉆孔將其送至要進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)的點(diǎn)。這樣， 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)、溫度、應(yīng)變信息會(huì)對(duì)地下傳感探頭中傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)、相位產(chǎn)生調(diào)制作用。 調(diào)制之后的光波通過光路返回中央控制終端，通過中央控制終端的解調(diào)裝置可以解調(diào)出振 動(dòng)、溫度和應(yīng)變信號(hào)。
本發(fā)明具體工作流程為寬譜激光源2經(jīng)過光柵4，獲得兩個(gè)工作波端脈沖調(diào)制信號(hào)， 與分布反饋半導(dǎo)體窄帶激光器1輸出的單色光信號(hào)，經(jīng)過光放大器5，獲得一定增益。經(jīng) 過一根光纖，從中央控制終端傳入地下傳感探頭。反射式M-Z干涉儀(反射式馬赫-澤德 干涉儀)15以及兩個(gè)傳感光柵8結(jié)合構(gòu)成多參量復(fù)合的地下傳感探頭，用于深地探測(cè)， 分別對(duì)振動(dòng)、溫度和應(yīng)變實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)、溫度、應(yīng)變信息會(huì)對(duì)多 功能的地下傳感探頭中傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)、相位產(chǎn)生調(diào)制作用。調(diào)制之后的光波通過光路返回。 地下傳感探頭中的延時(shí)纖7使三個(gè)傳感信號(hào)在時(shí)域分開形成三個(gè)調(diào)制脈沖信號(hào)。兩只光電 高速探測(cè)器IO接收攜帶了傳感信息的返回信號(hào)光，在三個(gè)分立時(shí)刻分別利用雙通道邊緣 濾波法通過梳狀濾波器9的線性邊緣部分的濾光特性解調(diào)出信號(hào)波長(zhǎng)的變化，根據(jù)信號(hào)光 強(qiáng)變化解調(diào)出振動(dòng)信息，根據(jù)信號(hào)光在不同的時(shí)刻分別測(cè)得振動(dòng)、溫度和應(yīng)變的信息，這 樣不僅消除了光源輻射時(shí)的起伏影響，而且在一定程度上消除了雜散光引起的不穩(wěn)定性。 通過雙通道高速數(shù)據(jù)采集卡采集光電轉(zhuǎn)化信號(hào)，并在PC終端13中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及可視化 圖形界面顯示，軟件主要功能包括靈敏度調(diào)節(jié)、參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)置和波形顯示以及發(fā) 出預(yù)警信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種地震監(jiān)測(cè)裝置，其由中央控制終端和位于地下傳感探頭組成，其特征是中央控制終端的光源部分發(fā)出的光脈沖信號(hào)，經(jīng)一根光纖傳輸?shù)轿挥谏畹丨h(huán)境中的地下傳感探頭，然后在所述探頭中被深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度調(diào)制后，變成三個(gè)時(shí)域上分立的調(diào)制脈沖信號(hào)，這些調(diào)制脈沖信號(hào)返回到中央控制終端的信息解調(diào)部分進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和數(shù)據(jù)處理，完成解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于光源部分設(shè)有分布反饋半導(dǎo)體窄帶激光器(1)、光耦合器、光放大器(5)和環(huán)形器(6)，它們通過光纖依次相連。 設(shè)有寬譜激光源(2)，其由光纖與光耦合器相連，光耦合器的兩個(gè)輸出端與兩個(gè)光柵(4) 的輸入端相連，兩個(gè)光柵(4)的輸出端由光纖與一個(gè)光耦合器相連后，再經(jīng)光纖與另一 個(gè)光耦合器相連，該光耦合器經(jīng)光纖與光放大器(5)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于信息解調(diào)部分設(shè)有PC終端 (13)，其以光纖與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(12)的輸出端相連，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端由光纖分別與兩個(gè)信號(hào)放大器(II)的輸出端相連，兩個(gè)信號(hào)放大器的輸入端由數(shù)據(jù)線各與一個(gè)光電 高速探測(cè)器(10)的輸出端相連，其中一個(gè)光電高速探測(cè)器的輸入端由光纖與梳狀濾波器 (9)相連后與一個(gè)光耦合器相連，該光耦合器由光纖與另一個(gè)光電高速探測(cè)器的輸入端 相連，并且該光耦合器由光纖與環(huán)形器(6)相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于信息解調(diào)部分采用相位 解調(diào)和波長(zhǎng)解調(diào)兩種方法對(duì)深地返回的調(diào)制脈沖信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的地下傳感探頭，設(shè)有 傳感光柵(8)和反射式M-Z干涉儀(15)，傳感光柵(8)通過光纖與一個(gè)光耦合器相 連后，再經(jīng)光纖與另一個(gè)光耦合器相連，該光耦合器由光纖與環(huán)形器(6)相連，其另一 個(gè)輸出端與反射式M-Z干涉儀(15)相連；設(shè)有多根延時(shí)纖(7)，它們分布在與傳感光 柵(8)和反射式M-Z干涉儀(15)相連的光纖上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述兩個(gè)光柵(4)的中 心波長(zhǎng)不相等，兩個(gè)傳感光柵(8)的中心波長(zhǎng)不相等，其中一個(gè)光柵(4)的中心波長(zhǎng)與 一個(gè)傳感光柵(8)的中心波長(zhǎng)相等，另一個(gè)光柵(4)的中心波長(zhǎng)與另一個(gè)傳感光柵(8) 的中心波長(zhǎng)相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述一個(gè)光柵(4)的中心波 長(zhǎng)與一個(gè)傳感光柵(8)的中心波長(zhǎng)為1552.28nm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述另一個(gè)光柵(4)的中心 波長(zhǎng)與另一個(gè)傳感光柵(8)的中心波長(zhǎng)為1545.74nm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于深地環(huán)境是指鉆孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地震監(jiān)測(cè)裝置，其由中央控制終端和位于地下傳感探頭組成，其中中央控制終端的光源部分發(fā)出的光脈沖信號(hào)，經(jīng)一根光纖傳輸?shù)轿挥谏畹丨h(huán)境中的地下傳感探頭，然后在所述探頭中被深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度調(diào)制后，變成三個(gè)時(shí)域上分立的調(diào)制脈沖信號(hào)，這些調(diào)制脈沖信號(hào)返回到中央控制終端的信息解調(diào)部分進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和數(shù)據(jù)處理，完成解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)深地振動(dòng)、應(yīng)變和溫度參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。本發(fā)明具有制造成本低、易于安裝、精度高、實(shí)用性強(qiáng)和易于組成臺(tái)網(wǎng)，以及能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)深地的大范圍、立體式多參數(shù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01H9/00GK101539631SQ20091006183
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者付軼帆, 劉德明, 孫琪真, 張國(guó)旺, 李航宇, 湯兆星, 王彥國(guó) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)