專利名稱：具有光導纖維檢測器的振動測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明為一種振動測量裝置，特別是具有光導纖維檢測器的振動測量裝置，涉及物理測量儀器領域。
解決上述技術問題所采用的技術方案是一種振動測量裝置，包括發光二極管、光敏二極管、電壓放大器及驅動輸出，其特征是由發光二極管與恒流源電路組成發光二極管電路，由光敏二極管與電流電壓變換器組成光強電流變換器，電流電壓變換器、電壓放大器、驅動輸出依次串聯，另有一光導纖維檢測器，在該檢測器中，纏繞在支撐物上的光導纖維入端與發光二極管直接相連，光導纖維的出端與光敏二極管直接相連，該檢測器中的底座和感應物相互連接并將纏繞在支撐物上的光導纖維緊壓在其間，支撐物的頂、底部設置有凸塊，底座和感應物上與該凸塊的對應處分別設有凹槽。
本裝置的工作原理是光導纖維(簡稱為光纖)受到外界振動的作用時，光纖內部的折射率梯度發生變化，導致光纖內光束的反射和衍射發生變化，從而引起通過光纖的光強發生改變，檢測該光強的變化量即可知曉和測量該振動。
在感應物上、在光導纖維的入端和出端通過的貫通孔的對稱處，各增設一孔。
也可以在支撐物上的光導纖維纏繞處設置凹形槽。
也可以使所述的發光二極管為激光二極管。
與現有技術相比，本發明具有如下優點1、光束在光纖中的傳播速度塊，因而對振動產生的相應的光強變化響應快，進而能測量到的振動頻帶寬(由1～200HZ左右提高至0.1～800Hz左右)。
2、由于本裝置可測知的光纖內光強變化的范圍大，因而可測量的振幅其動態范圍大(由40dB提高至80dB)。
3、在檢測振動時，光纖產生的位移量小且相應的位移點均有相應的光強值對應，另外光強的變化量為線性，從而使信號的畸變小(畸變指標為0.02％～0.01％)，進而使得整個裝置的畸變減小。
4、振動信號甚至微弱振動信號(其級別為10-4g)引起光纖內的光強變化量均能被光敏二極管接受，因此該裝置的靈敏度高。
在感應物上各增設一孔，可使作用在每個光纖接觸點上的壓力均衡，使光強的變化量始終保持線性，進而又使畸變減小(使畸變指標為＜0.01％)。
支撐物上設置凹形槽，使光纖能在預定的準確位置均勻纏繞，進而使振動對光纖的作用點均勻，進一步提高本裝置的靈敏度。
發光二極管改為激光二極管則使所發出的光束波長帶寬變窄，進而使光敏二極管接受的光束波長帶寬變窄，降低光敏二極管的電子噪聲，從而使本裝置測量振動的動態范圍增大(由80dB提高至100dB)。
圖2為
圖1所示本發明的主剖視構造示意圖，圖中的雙點劃線為支撐物上光纖的示意位置。
圖3為圖2所示的光纖纏繞及其支撐物的俯視圖。
圖4為圖3A-A截面的局部剖視放大示意圖。
圖5為圖2所示的感應物的俯視圖。
上述發明在圖2所示的構造示意圖中，光導纖維檢測器的光導纖維(其直徑φ為2.2mm、折射率為1.59的塑料多模光纖)通過設置在支撐物上、與光纖形狀相應吻合的凹形槽30(圖4所示)，呈螺旋狀均勻、緊緊地纏繞在環狀支撐物上，其圈數n＝5.5，環狀支撐物的圓環直徑d＝25mm，底座和感應物通過位于兩者中心處的螺栓20及壓縮彈簧27相互連接并將該光導纖維緊壓在其間，底座和感應物的弧形面使兩者與光纖為點接觸，支撐物的頂、底部各設置有三個均布的凸塊19，頂、底部的凸塊位置交錯(圖3所示)，底座和感應物上與該凸塊的對應處分別設有凹槽16，(圖2所示)，凸塊位置的交錯便于光纖的均勻纏繞，凸塊與凹槽的設置則可限制感應物與支撐物的水平位移，防止感應物與本裝置的外殼15、螺栓發生碰撞，以使感應物所感應的振動能夠不失真地傳導到光纖，在感應物上、在光纖的入端和出端通過的貫通孔25、26的對稱處各增設一孔29、28(圖5所示)。發光二極管和光敏二極管通過屏蔽短線連接至焊接有恒流源電路、電流電壓變換器、電壓放大器及驅動輸出的電路板21上，該電路板通過三個均布的螺釘22連接并固定在感應物之上(圖5中的螺孔31所示)，光纖穿過感應物的入端接口和出端接口分別與發光二極管和光敏二極管相連接。與底座以螺紋相連接的外殼，其頂端以螺紋連接有蓋板13，與電路板相連的、驅動輸出的信號輸出線線束23及供給直流電的電源線線束24分別經蓋板上的中心孔14引出及引入。
本裝置外殼的直徑D＝94.5mm，總高H＝89mm，各主要元器件及運行時的主要參數為所用的發光二極管(最大電流為25mA，峰值波長為830nm)，光敏二極管(敏感峰值波長為830nm，暗電流為1μA)，感應物的質量為540克，電壓放大器的放大倍數為100，恒流源電路中產生的恒定電流為直流22mA。本測量裝置的加速度靈敏度高于現有的測量裝置，其值為0.35V/cm·S-2，主頻為170Hz(現有裝置一般為35Hz)，動態范圍為70dB。
圖1、圖2所示的振動測量裝置用于地震勘探為例以該裝置底座的底面置于被測地層所處的地面上，并使該裝置與該地面緊密耦合，利用人工激發產生地震波，該地震波即振動傳入地下，遇不同的地層后反射至地面，垂直于底座底面方向的振動通過底座傳入，藉助連接的螺栓與壓縮彈簧也使感應物與底座之間產生相當振動，從而使底座與感應物對光纖產生相應的壓力變化，進而又使通過光纖的光強發生改變，并最終產生相應的、放大的電壓信號輸入到驅動輸出并將該電壓信號通過有線或無線輸出。
與本裝置連用的遙測數字地震儀(SN388)，采集設置在該被測地層地面上各個點處本裝置輸出的電壓信號，然后一起記錄在磁帶上，并將該磁帶上對應的數據送入計算機，由計算機處理成可以觀察到的、地表以下某深度的地層分布結構剖面，從而完成所要求的地質勘探任務。
與常規使用地震檢波器(SN4-10)連用遙測數字地震儀(SN388)相比較，使用本裝置所得出的地層分布結構剖面的子波寬度窄，連續性好，有助于進行高分辨率和高精度的地震勘探，其深部地層的分布結構剖面清晰，有利于深部地層的地質勘探。
權利要求
1.一種振動測量裝置，包括發光二極管、光敏二極管、電壓放大器及驅動輸出，其特征是由發光二極管與恒流源電路組成發光二極管電路，由光敏二極管與電流電壓變換器組成光強電流變換器，電流電壓變換器、電壓放大器、驅動輸出依次串聯，另有一光導纖維檢測器，在該檢測器中，纏繞在支撐物上的光導纖維入端與發光二極管直接相連，光導纖維的出端與光敏二極管直接相連，該檢測器中的底座和感應物相互連接并將纏繞在支撐物上的光導纖維緊壓在其間，支撐物的頂、底部設置有凸塊，底座和感應物上與該凸塊的對應處分別設有凹槽。
2.根據權利要求1所述的振動測量裝置，其特征是在感應物上、在光導纖維的入端和出端通過的貫通孔的對稱處，各增設一孔。
3.根據權利要求1所述的振動測量裝置，其特征是在支撐物上的光導纖維纏繞處設置凹形槽。
4.根據權利要求1所述的振動測量裝置，其特征是所述的發光二極管為激光二極管。
5.根據權利要求1所述的振動測量裝置，其特征是在感應物上、在光導纖維的入端和出端通過的貫通孔的對稱處，各增設一孔，在支撐物上的光導纖維纏繞處設置凹形槽，所述的發光二極管為激光二極管。
6.根據權利要求2所述的振動測量裝置，其特征是在支撐物上的光導纖維纏繞處設置凹形槽。
7.根據權利要求2所述的振動測量裝置，其特征是所述的發光二極管為激光二極管。
8.根據權利要求3所述的振動測量裝置，其特征是所述的發光二極管為激光二極管。
全文摘要
一種振動測量裝置,涉及物理測量儀器領域,該裝置有一光導纖維檢測器,其纏繞在支撐物上的光導纖維入端與發光二極管直接相連,光導纖維的出端與光敏二極管直接相連,底座與感應物相互連接并將光導纖維緊壓在其間,支撐物的頂、底部設置凸塊,底座和感應物上的對應處分別設有凹槽,本裝置測量振動的頻帶寬、振幅的動態范圍大、畸變小,靈敏度高,從而使振動測量裝置的應用領域大大擴展。
文檔編號G01H1/00GK1363823SQ0210397
公開日2002年8月14日 申請日期2002年3月1日 優先權日2002年3月1日
發明者譚成忠, 張建敏, 鄭景翔 申請人:北京星迪震洋光纖科技發展有限公司