專利名稱：一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震波的采集裝置，是一種通過光纖Bragg光柵的拉伸，將振動(dòng) 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為光能變化，進(jìn)而檢測光信號(hào)的高分辨率、低失真度的地震檢波器探頭。
背景技術(shù)：
在石油等礦藏的地球物理探測技術(shù)中，一種重要的方法是主動(dòng)震勘探技術(shù)。它的 基本原理是將震源埋置在地層中，當(dāng)引爆震源后，由震源發(fā)出的地震波在地層中向各個(gè)方 向傳播。當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ来蝹鬏數(shù)讲ㄗ杩共煌膬蓪咏橘|(zhì)的分界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射和透射，反 射波反射回地面，被設(shè)置在地面上的檢波器接收。通過接收并分析檢波器檢測到的不同地 層反射回的地震波信息，可以確定檢波器附近地層的分布，從而判定是否有礦藏，以及礦藏 大體儲(chǔ)量。由于地震波在地層內(nèi)的傳播過程中，它的能損耗非常嚴(yán)重，結(jié)果會(huì)造成淺層反射 波和深層反射波的強(qiáng)度差別極大，可達(dá)百萬倍，即相差120dB。當(dāng)前，地震勘探使用的檢波器 主要是動(dòng)圈式速度檢波器、壓電式加速度傳感器、變?nèi)菔轿C(jī)電加速度傳器等，這些檢波器 的主要缺陷是檢波靈敏度低。目前地震記錄儀器的動(dòng)態(tài)范圍已經(jīng)能達(dá)到IOOdB,可以滿足記 錄微弱的地下反射信號(hào)的要求。但是，上述這些正在使用的檢波器的靈敏度只能達(dá)到50 60dB,明顯浪費(fèi)了地震記錄儀器的記錄能力。另外這些檢波器的抗干擾能力差，尤其不能抵 抗電磁干擾。這些缺點(diǎn)極大地限制了深層探礦的可能性，制約了地震勘探技術(shù)的發(fā)展和應(yīng) 用。地震檢波器的靈敏度已經(jīng)成了地震勘探技術(shù)發(fā)展的瓶頸。光纖Bragg光柵(FBG)作為一種新型的傳感元件，具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大，抗 干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)分布式檢測的突出優(yōu)點(diǎn)，適合用于制作地震檢波器。在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，利用光纖Bragg光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度測量的傳感器有多種 結(jié)構(gòu)形式，主要是使光纖Bragg光柵產(chǎn)生軸向柵距的變化，即軸向應(yīng)變。通常是利用懸臂梁 的受力把加速度量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變量，再轉(zhuǎn)化為Bragg光柵中心波長的漂移，通過檢測波長的 漂移量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)振子加速度等物理量的測量。光纖Bragg光柵與懸臂梁的安裝關(guān)系主要有兩類。一類懸臂梁結(jié)構(gòu)要求將光纖 Bragg光柵粘貼在梁的表面上，通過梁的表面應(yīng)變使光纖Bragg光柵產(chǎn)生相同的應(yīng)變，見圖 1。懸臂梁形式有均勻梁，凸型梁，等強(qiáng)度梁，雙懸臂梁等多種結(jié)構(gòu)。還有一類懸臂梁是將光 纖Bragg光柵設(shè)置為拉伸狀態(tài)，見圖2，光纖Bragg光柵一端固定在外殼上，一端固定在懸臂 梁上，使光纖Bragg光柵處于拉伸應(yīng)變狀態(tài)。上述第一類結(jié)構(gòu)的光纖Bragg光柵應(yīng)變?nèi)Q于懸臂梁表面的應(yīng)變和粘貼的強(qiáng)度， 受封裝工藝的影響大，粘貼膠層不均勻直接導(dǎo)致光纖受力不均勻，也對(duì)梁的尺寸和振子的 質(zhì)量有較高要求。為了加大梁的應(yīng)變量，需要使梁的長度尺寸減小，振子質(zhì)量增大；有時(shí)為 了使光纖Bragg光柵的各處應(yīng)變一致相同，采用等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)需要探頭加工完 成后再進(jìn)行光纖Bragg光柵粘貼。在第二種結(jié)構(gòu)中，光纖Bragg光柵處于拉伸狀態(tài)，為了固定光纖Bragg光柵，需通 過光纖Bragg光柵使振子與外殼結(jié)合在一起。這種結(jié)構(gòu)受限于光纖Bragg光柵的預(yù)拉伸，受到封裝工藝的影響比較大，不便于安裝和維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種便于安裝，靈敏度較高的光纖Bragg光柵振子，解決目前光纖Bragg光柵振子安裝和光纖Bragg光柵應(yīng)變的問題，減小光纖Bragg光柵傳感器的封 裝難度，使光纖Bragg光柵傳感器的靈敏度易于控制。本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，包括外殼(1)，非直懸臂梁 (2)，振子(3)，光纖Bragg光柵(4)，光纖Bragg光柵引出線(5)。非直懸臂梁(2) 一端與外 殼(1)固定連接，另一端與振子(3)連接，光纖Bragg光柵(4)的兩端與非直懸臂梁(2)兩 端的水平部分固定連接，其中光纖Bragg光柵引出端與引出線(5)連接。本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的探頭結(jié) 構(gòu)由一個(gè)非直懸臂梁(2)和振子(3)組成，在非直懸臂梁(2)上布置光纖Bragg光柵(4)。本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的非直懸 臂梁是U型的，V型的，或是圓弧型的。本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的非直懸 臂梁橫截面是圓形的，矩形的，或是方形的。本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，其工作原理為，非直懸臂梁 一端振子在外部激振力的作用下，產(chǎn)生上下振動(dòng)，結(jié)果非直懸臂梁的變形使其兩端的距離 也隨之發(fā)生變化。由于光纖Bragg光柵的兩端固定在非直懸臂梁兩端上，振子的振動(dòng)導(dǎo)致 光纖Bragg光柵產(chǎn)生應(yīng)變變化，使光纖Bragg光柵中心波長產(chǎn)生漂移，通過檢測波長的漂移 量可實(shí)現(xiàn)對(duì)振子加速度等物理量的測量。本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)通過將直型懸 臂梁改進(jìn)為非直懸臂梁，光纖Bragg光柵的兩端固定在非直懸臂梁的兩端，光纖Bragg光柵 由粘貼安裝方式改變?yōu)槔煨问健Ｍㄟ^對(duì)光纖Bragg光柵的預(yù)拉伸，可以使工作狀態(tài)的光 纖Bragg光柵一直處于拉伸狀態(tài)。由于光纖Bragg光柵與非直懸臂梁之間的安裝和制造是 單獨(dú)進(jìn)行的，不需要在傳感器的殼體內(nèi)部進(jìn)行，簡單易行，安裝方便。又由于非直懸臂梁的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)需要調(diào)整其非直部分的尺寸，增大和減小光纖Bragg光柵的工作應(yīng)變，實(shí)現(xiàn) 對(duì)應(yīng)變值的增敏，方法簡單易行，調(diào)節(jié)效果顯著。


圖1為懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器(貼片式)圖2為懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器(拉伸式)圖3為本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)的示意圖，懸臂梁為U 型懸臂梁。圖4為本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)的示意圖，懸臂梁為圓 弧型懸臂梁。圖5為本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)的示意圖，懸臂梁為V 型懸臂梁。圖中，1-外殼；2-U型懸臂梁；3-振子；4-光纖Bragg光柵；5_光纖Bragg光柵引出線。圖6為實(shí)施的方案圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，解決目前光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭安裝不便，應(yīng)變較小的問題。具體實(shí)施的方案圖，見圖6。通過將直型懸臂 梁改進(jìn)為非直懸臂梁，光纖Bragg光柵的兩端固定在非直懸臂梁的兩端，光纖Bragg光柵由 粘貼安裝方式改變?yōu)槔煨问?。通過對(duì)光纖Bragg光柵的預(yù)拉伸，可以使工作狀態(tài)的光纖 Bragg光柵一直處于拉伸狀態(tài)。由于光纖Bragg光柵與非直懸臂梁之間的安裝和制造是在 殼體外部單獨(dú)進(jìn)行，簡單易行，安裝方便。又由于U型懸臂梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)需要調(diào)整U 型的尺寸，增大和減小光纖Bragg光柵的工作應(yīng)變，方法簡單易行，調(diào)節(jié)效果顯著。為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)見圖6。非直懸臂梁(2) —端與外殼(1)固定連接，另一端與振子(3)連接，光纖 Bragg光柵(4)的兩端與非直懸臂梁(2)兩端的水平部分固定，其中光纖Bragg光柵引出端 與引出線(5)連接。非直懸臂梁一端振子在外部激振力的作用下，產(chǎn)生上下移動(dòng)的振動(dòng)，非 直懸臂梁產(chǎn)生繞度變形，則非直懸臂梁兩端的距離也隨之發(fā)生變化。光纖Bragg光柵的兩 端固定在非直懸臂梁兩端上，振動(dòng)導(dǎo)致光纖Bragg光柵產(chǎn)生應(yīng)變變化，使光纖Bragg光柵中 心波長產(chǎn)生漂移，通過檢測中心波長的漂移量可實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度等物理量的測量。非直臂梁是U型的，V型的，或是圓弧型形式，橫截面是圓形的，矩形的，或是方形 的。
權(quán)利要求
一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，包括外殼(1)，非直懸臂梁(2)，振子(3)，光纖Bragg光柵(4)，光纖Bragg光柵引出線(5)。非直懸臂梁(2)一端與外殼(1)固定連接，另一端與振子(3)連接，光纖Bragg光柵(4)的兩端與非直懸臂梁(2)兩端的水平部分固定連接，其中光纖Bragg光柵引出端與引出線(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭，其特征在于，所述的探頭結(jié)構(gòu)由一個(gè)非直懸臂梁(2)和振子(3)組成，在非直懸臂梁(2)上布置光纖Bragg光柵 ⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭，其特征在于，所述的非直 懸臂梁是U型的，V型的，或是圓弧型的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭，其特征在于，所述的非直 懸臂梁橫截面是圓形的，矩形的，或是方形的。
全文摘要
本發(fā)明一種光纖Bragg光柵地震檢波器的探頭結(jié)構(gòu)，由外殼(1)，非直懸臂梁(2)，振子(3)，光纖Bragg光柵(4)，光纖Bragg光柵引出線(5)組成。非直懸臂梁(2)一端與外殼(1)固定連接，另一端與振子(3)連接，光纖Bragg光柵(4)的兩端與非直懸臂梁(2)兩端的水平部分固定，其中光纖Bragg光柵(4)引出端與引出線(5)連接。該探頭與其他類型的懸臂梁探頭相比，由于光纖Bragg光柵與非直懸臂梁之間的安裝和制造是在殼體外部進(jìn)行，簡單易行，安裝方便。又由于非直懸臂梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)需要調(diào)整非直懸臂梁的尺寸，增大和減小光纖Bragg光柵的工作應(yīng)變，方法簡單易行，調(diào)節(jié)效果顯著。
文檔編號(hào)G01V1/18GK101806919SQ20101013400
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者茍其勇, 陶果, 雷永強(qiáng), 魏耀東 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)