專利名稱：光纖海底地震儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及地震勘探技術領域，尤其涉及一種光纖海底地震儀。
背景技術：
海底地震儀是進行海洋地球物理勘探的重要裝備，在地球物理研究、石油勘探、地 震研究和預報方面發揮著重要的作用。美國、英國、日本等國家已紛紛投入大量人力物力進 行海底地震儀的研制和應用研究。現有的海底地震儀大多采用在一高強度玻璃倉內安裝檢波器、數據記錄裝備、電 源等實現的。例如游慶瑜等人申請的專利“高頻海底數字地震儀”(ZL200410101868.7)中 公開了一種海底地震儀的設計方案，即是采用一個高強度玻璃倉內安裝磁羅盤、數據座、信 標機、數字采集器、電源、檢波器等實現的，高強度玻璃倉安裝于高強耦合架上。由于電磁波 信號不能在海水中長距離傳輸，而采用電纜傳輸信號的信噪比將急劇惡化，所以只有將采 集的信號存儲于海底地震儀內部，然后通過釋放海底地震儀，打撈出海底地震儀后再進行 信號分析。目前國際上的海底地震儀大都采用類似的技術方案。然而，該技術方案的系統復 雜、造價高昂、不能實時進行信號傳輸和處理、需要安裝電池不能長時間應用、打撈風險大。而光纖傳感器與對應的常規傳感器相比，在靈敏度、動態范圍、可靠性等方面具有 明顯的優勢，尤其是信號可以通過光纜長距離傳輸，從而不必在傳感器的探測端安裝復雜 的系統。光纖海底地震儀則是利用光纖的傳光特性以及它與地震波相互作用產生的種種 調制效應，探測地震波信號的儀器。它與傳統的海底地震儀相比，有以下主要優勢頻帶寬、 靈敏度高、不受電磁干擾、重量輕、可長距離傳輸信號等優點。目前尚未見有關光纖海底地 震儀的報道。鑒于光纖海底地震儀的如上技術優勢，本發明提出一種光纖海底地震儀，用于在 地球物理研究、軍事領域和石油勘探等領域的地震探測，重點解決現有海底地震儀的系統 復雜、信號無法實時傳輸、可靠性差等問題。
發明內容
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種光纖海底地震儀，以解決現有海底地 震儀的系統復雜、信號無法實時傳輸、可靠性差等問題。(二)技術方案為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種光纖海底地震儀，該光纖海底地震儀包括球型殼10，用于光纖海底地震儀的內部結構保護；安裝于球型殼10內部的支座30 ；
安裝于支座30上的至少一支光纖加速度計21，用于測量地震波信號，其尾纖通過 光纜22引出；安裝于球型殼10內部的支撐件31，用于安裝支座30 ；耦合架50，用于將地震波信號耦合至光纖海底地震儀內部，并支撐和固定球型殼 10。上述方案中，所述光纖加速度計21為干涉式光纖加速度計或者光柵式光纖加速度計。上述方案中，所述光纖加速度計21為光柵式光纖加速度計時，是分布布拉格反射型(DBR)光纖激光器加速度計、分布布拉格反饋型(DFB)光纖激光器加速度計或者無源光 纖光柵加速度計，用于感受地震波信號并轉變為其輸出波長的變化。上述方案中，所述光纖海底地震儀可以進一步分別在支座30的上下、左右、前后兩側、同一徑向上分別安裝兩支光纖加速度計21，從而形成差動式結構，以提高靈敏度并補 償溫度影響。上述方案中，所述光纖加速度計21的尾纖引出光纜22與球型殼10連接，用于回收時從海底提升出光纖海底地震儀。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的這種光纖海底地震儀，解決了現有海底地震儀的系統復雜、信號 無法實時傳輸、可靠性差等問題。2、本發明提供的這種光纖海底地震儀，在其內部使用光纖加速度計代替電學檢波 器，而光纖加速度計不需供電、信號可長距離傳輸，從而很大限度的減小了海底地震儀的系 統復雜度。3、本發明提供的這種光纖海底地震儀，不必在海底地震儀內部封裝電池、數字采 集儀等，從而提高了系統的可靠性。4、本發明提供的這種光纖海底地震儀，信號可通過光纜實時傳輸，從而不必等待 海底地震儀回收后再進行信號處理。
圖1為依照本發明第一個實施例的光纖海底地震儀的結構示意圖；圖2為依照本發明第二個實施例的光纖海底地震儀的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為依照本發明第一個實施例的光纖海底地震儀的結構示意圖。 該光纖海底地震儀的工作原理為，光纖海底地震儀的置于水下，并通過耦合架50與海底接 觸。當有地震波信號時，耦合架50會隨地震波信號一起振動。該振動傳至球型殼10并由 支撐件31和支座30傳至光纖加速度計21，從而引起光纖加速度計21的輸出光的特性發生 變化。對于干涉式光纖加速度計，其輸出相位發生變化；對于光柵式光纖加速度計，其輸出光波長發生變化。通過后續采用相應的解調算法(例如相位產生載波算法)即可解調出地 震波信號。請參照圖1，該光纖海底地震儀包括球型殼10，用于光纖海底地震儀的內部結構 保護；安裝于球型殼10內部的支座30 ；安裝于支座30上的至少一支光纖加速度計21，用于 測量地震波信號，其尾纖通過光纜22引出；安裝于球型殼10內部的支撐件31，用于安裝支 座30 ；耦合架50，用于將地震波信號耦合至光纖海底地震儀內部，并支撐和固定球型殼10。光纖加速度計21可以為干涉式光纖加速度計或者光柵式光纖加速度計。光纖加 速度計21如果為光柵式光纖加速度計時，即可以為分布布拉格反射型(DBR)光纖激光器加 速度計或者分布布拉格反饋型(DFB)光纖激光器加速度計，也可以為無源光纖光柵加速度 計，用于感受地震波信號并轉變為其輸出波長的變化。光纖海底地震儀可以進一步分別在支座30的上下、左右、前后兩側、同一徑向上分別安裝兩支光纖加速度計21，從而形成差動式結構，以提高靈敏度并補償溫度影響。光纖 加速度計21的尾纖引出光纜22與球型殼10連接，用于回收時從海底提升出光纖海底地震 儀。在本發明中，光纖加速度計21至少為一支，或者為兩支，或者為三支，分別安裝在 三個互相垂直的方向。當安裝一支光纖加速度計21時，為單分量光纖海底地震儀，其測試 方向為光纖加速度計的軸向；當安裝兩支光纖加速度計21時，為二分量光纖海底地震儀， 其測試平面為兩支光纖加速度計21的所構成的平面；當安裝三支光纖加速度計21時，為三 分量光纖海底地震儀，其測試方向為三維空間。光纖加速度計21的安裝方式均為其一端 連接于支座30。如圖2所示，圖2為依照本發明第二個實施例的光纖海底地震儀的結構示意圖。 該光纖海底地震儀的工作原理為，光纖海底地震儀的置于水下，并通過耦合架50與海底接 觸。當有地震波信號時，耦合架50會隨地震波信號一起振動。該振動傳至球型殼10并由 支撐件31和支座30傳至光纖加速度計21，從而引起光纖加速度計21的輸出光的特性發生 變化。對于干涉式光纖加速度計，其輸出相位發生變化；對于光柵式光纖加速度計，其輸出 光波長發生變化。通過后續采用相應的解調算法(例如相位產生載波算法)即可解調出地 震波信號。當在球型殼10的徑向，支座30的兩側分別安裝兩支光纖加速度計21形成差動 式結構時，在支座30帶動兩支光纖加速度計21振動時，兩支光纖加速度計21的輸出信號 相反，在后續信號處理時將這兩個信號進行相減，從而可以將靈敏度提高一倍，并消除了由 于溫度變化引起的光纖加速度計21的波長變化。請參照圖2，該光纖海底地震儀包括球型殼10，用于光纖海底地震儀的內部結構 保護；安裝于球型殼10內部的支座30 ；安裝于支座30上的至少一支光纖加速度計21，用于 測量地震波信號，其尾纖通過光纜22引出；安裝于球型殼10內部的支撐件31，用于安裝支 座30 ；耦合架50，用于將地震波信號耦合至光纖海底地震儀內部，并支撐和固定球型殼10。光纖加速度計21可以為干涉式光纖加速度計或者光柵式光纖加速度計。光纖加 速度計21如果為光柵式光纖加速度計時，即可以為分布布拉格反射型(DBR)光纖激光器加 速度計或者分布布拉格反饋型(DFB)光纖激光器加速度計，也可以為無源光纖光柵加速度 計，用于感受地震波信號并轉變為其輸出波長的變化。光纖海底地震儀可以進一步分別在支座30的上下、左右、前后兩側、同一徑向上分別安裝兩支光纖加速度計21，從而形成差動式結構，以提高靈敏度并補償溫度影響。光纖加速度計21的尾纖引出光纜22與球型殼10連接，用于回收時從海底提升出光纖海底地震 儀。在本發明中，光纖加速度計21至少為一支，或者為兩支，或者為三支，分別安裝在 三個互相垂直的方向。當安裝一支光纖加速度計21時，為單分量光纖海底地震儀，其測試 方向為光纖加速度計的軸向；當安裝兩支光纖加速度計21時，為二分量光纖海底地震儀， 其測試平面為兩支光纖加速度計21的所構成的平面；當安裝三支光纖加速度計21時，為三 分量光纖海底地震儀，其測試方向為三維空間。光纖加速度計21的安裝方式均為其一端 連接于支座30。本實施例中，通過在支座30的兩側沿球型殼10的徑向、相對安裝2支光纖加速度 計21，形成差動式結構并進行溫度補償。則此時本發明的球型殼10內可以安裝兩支、四支、 六支光纖加速度計21，分別形成單分量、二分量、三分量光纖海底地震儀。而當采用三分量 光纖海底地震儀結構時，支撐件31可以用其中的一支光纖加速度計21的剛性外殼替代。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
權利要求
一種光纖海底地震儀，其特征在于，該光纖海底地震儀包括球型殼(10)，用于光纖海底地震儀的內部結構保護；安裝于球型殼(10)內部的支座(30)；安裝于支座(30)上的至少一支光纖加速度計(21)，用于測量地震波信號，其尾纖通過光纜(22)引出；安裝于球型殼(10)內部的支撐件(31)，用于安裝支座(30)；耦合架(50)，用于將地震波信號耦合至光纖海底地震儀內部，并支撐和固定球型殼(10)。
2.根據權利要求1所述的光纖海底地震儀，其特征在于，所述光纖加速度計(21)為干 涉式光纖加速度計或者光柵式光纖加速度計。
3.根據權利要求2所述的光纖海底地震儀，其特征在于，所述光纖加速度計(21)為光 柵式光纖加速度計時，是分布布拉格反射型光纖激光器加速度計、分布布拉格反饋型光纖 激光器加速度計或者無源光纖光柵加速度計，用于感受地震波信號并轉變為其輸出波長的 變化。
4.根據權利要求1所述的光纖海底地震儀，其特征在于，所述光纖海底地震儀可以 進一步分別在支座(30)的上下、左右、前后兩側、同一徑向上分別安裝兩支光纖加速度計 (21)，從而形成差動式結構，以提高靈敏度并補償溫度影響。
5.根據權利要求1所述的光纖海底地震儀，其特征在于，所述光纖加速度計(21)的尾 纖引出光纜(22)與球型殼(10)連接，用于回收時從海底提升出光纖海底地震儀。
全文摘要
本發明公開了一種光纖海底地震儀，包括球型殼(10)，用于光纖海底地震儀的內部結構保護；安裝于球型殼(10)內部的支座(30)；安裝于支座(30)上的至少一支光纖加速度計(21)，用于測量地震波信號，其尾纖通過光纜(22)引出；安裝于球型殼(10)內部的支撐件(31)，用于安裝支座(30)；耦合架(50)，用于將地震波信號耦合至光纖海底地震儀內部，并支撐和固定球型殼(10)。利用本發明，解決了現有海底地震儀的系統復雜、信號無法實時傳輸、可靠性差等問題。
文檔編號G01V1/18GK101799555SQ20101011543
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月1日 優先權日2010年3月1日
發明者劉育梁, 張文濤, 李芳 , 馬睿 申請人:中國科學院半導體研究所