三維光纖地震傳感器的制作方法

本發明涉及地震傳感器，尤其涉及一種三維光纖地震傳感器，屬于地震測量技術領域。

背景技術：

光纖地震傳感器由于其傳輸距離遠，不受電磁環境干擾，已被廣泛應用，其調制形式主要有強度調制型、光纖光柵型和干涉型等多種，目前在光纖地震傳感器方面已有較多專利技術，這些光纖傳感器各有其優點，有的靈敏度很高，有的頻率響應很好，有的技術含量很高，能很好適應地震振動信號的轉換，現有大多數光纖地震傳感器的共同點是：(1)入射光纖到出射光纖之間有的有斷裂，光信號不能連續傳輸，容易受環境溫度、濕度和清潔度影響；（2）使用壽命有限，在復雜惡劣環境條件下當光纖端面或光柵縫隙受到潮氣、灰塵和發霉等侵蝕時，傳感器的靈敏度和準確性會受到嚴重影響，有的甚至會失靈；（3）有的地震傳感器只能測量一維或者二維的地震信號，對于測量三維的地震信號需要安裝多個傳感器器，布線復雜，連接麻煩；（4）有些傳感器阻尼裝置不佳，阻尼效果較差，擺錘的自由振動容易干擾測量信號，所以，一些光纖地震傳感器不能很好適應山體滑坡前兆和地震測量等復雜惡劣環境條件下的長時間長壽命的監測。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種結構簡單、阻尼效果較好、能夠在復雜惡劣環境條件下的長時間使用的三維光纖地震傳感器。

本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案實現的：三維光纖地震傳感器包括傳感組件(1)、阻尼器套筒(2)、外側墊片(3)、外側光纖支架(4)、萬向節(5)、外側連桿(6)、穿纖孔(7)、彈簧(8)、光纖環外側(9)、內側光纖支架(10)、內側連桿(11)、內側墊片(12)、阻尼器壓桿(13)、光纖環內側(14)、光纖緩沖段(15)、入射光纖(16)、光纖轉接頭(17)、光纖耦合器(18)、出射光纖(19)、機箱(20)、振動擺(21)、軟絲(22)、外部光跳線(23)、底部傳感組件(D)、東部傳感組件(E)、北部傳感組件(N)、南部傳感組件(S)、上部傳感組件(U)和西部傳感組件(W)。

外側墊片(3)、外側光纖支架(4)、萬向節(5)、外側連桿(6)、穿纖孔(7)、內側光纖支架(10)、內側連桿(11)、內側墊片(12)和機箱(20)構成支架框架機構，阻尼器套筒(2)、彈簧(8)和阻尼器壓桿(13)構成彈簧阻尼機構，光纖環外側(9)、光纖環內側(14)、光纖緩沖段(15)、入射光纖(16)和出射光纖(19)構成光路傳輸機構，光纖轉接頭(17)和光纖耦合器(18)構成光纖轉接機構，光纖環外側(9)和光纖環內側(14)組成光纖環。

傳感組件(1)設有傳感組件(1)、阻尼器套筒(2)、外側墊片(3)、外側光纖支架(4)、萬向節(5)、外側連桿(6)、穿纖孔(7)、彈簧(8)、光纖環外側(9)、內側光纖支架(10)、內側連桿(11)、內側墊片(12)、阻尼器壓桿(13)、光纖環內側(14)、光纖緩沖段(15)、入射光纖(16)、光纖轉接頭(17)、光纖耦合器(18)、出射光纖(19)和軟絲(22)。

外側光纖支架(4)的一側為球面形且球面形一側與萬向節(5)的一端連接，萬向節(5)的另一端與機箱(20)一個面的中心點連接，外側光纖支架(4)的另一側設有外側墊片(3)，外側墊片(3)通過外側連桿(6)與阻尼器套筒(2)的一端連接，內側光纖支架(10)為長方體且其一側設有內側墊片(12)，內側墊片(12)通過內側連桿(11)與阻尼器壓桿(13)的一端連接，阻尼器壓桿(13)的另一端插入阻尼器套筒(2)內，內側光纖支架(10)的另一側設有軟絲(22)，軟絲(22)的一端與振動擺(21)連接，彈簧(8)的一端與外側墊片(3)連接，彈簧(8)的另一端與內側墊片(12)連接，阻尼器套筒(2)、外側連桿(6)、內側連桿(11)和阻尼器壓桿(13)設置在彈簧(8)內部。

外側光纖支架(4)和內側光纖支架(10)上面設有穿纖孔(7)，光纖環的腰部穿入穿纖孔(7)內，光纖環為橢圓形，外側光纖支架(4)和內側光纖支架(10)設置在橢圓形光纖環長軸的兩端，傳感組件(1)中的光纖環外側(9)為兩根，光纖環內側(14)為一根，入射光纖(16)與光纖環外側(9)之間以及出射光纖(19)與光纖環外側(9)之間設有光纖緩沖段(15)，光路前進方向依次為入射光纖(16)、光纖緩沖段(15)、光纖環外側(9)、光纖環內側(14)、光纖環外側(9)、光纖緩沖段(15)、出射光纖(19)，入射光纖(16)和出射光纖(19)通過光纖轉接頭(17)和光纖耦合器(18)和外部光纖連接。

機箱(20)內設有六個傳感組件(1)和一個振動擺(21)，六個傳感組件分別為東部傳感組件(E)、西部傳感組件(W)、南部傳感組件(S)、北部傳感組件(N)、上部傳感組件(U)和底部傳感組件(D)，東部傳感組件(E)、西部傳感組件(W)、南部傳感組件(S)和北部傳感組件(N)水平放置且構成一個十字星，上部傳感組件(U)、底部傳感組件垂直放置且和東部傳感組件(E)、西部傳感組件(W)或和南部傳感組件(S)、北部傳感組件(N)構成十字星，六個傳感組件(1)整體構成六棱體，六棱體的中心點設置振動擺(21)。

通過光纖轉接頭(17)、光纖耦合器(18)和外部光跳線(23)，東部傳感組件(E)和西部傳感組件(W)產生的信號組成東西水平向振動信號的推挽輸出，南部傳感組件(S)和北部傳感組件(N)產生的信號組成南北水平向振動信號的推挽輸出，上部傳感組件(U)和底部傳感組件(D)產生的信號組成上下垂直向振動信號的推挽輸出。

振動擺(21)的直徑為42～50毫米，材質為黃銅，外部鍍有鉻，入射光纖(16)和出射光纖(19)的纖芯直徑為200μm，包層外徑為230μm，為塑料階躍型光纖，所述的光纖為裸纖，其外部沒有任何保護層，光纖轉接頭(17)為FC型。

地震測量時，機箱(20)隨地震波一起振動，利用振動擺(21)的慣性作用保持其基本不動，使得箱體內的光纖環被壓扁或拉伸，根據光纖微彎損耗原理，光纖環對光信號產生了光強調制，且地震振動信號的大小與光強調制幅度的絕對值成正比關系，即傳感器對地震信號起到了傳感或轉換作用。

由于采用上述技術方案，本發明所具有的優點和積極效果是：傳感器結構簡單、靈敏度高、輸出幅度大、抗干擾強、傳輸距離遠、低頻響應好，下限頻率低、阻尼效果好，能夠在復雜惡劣環境條件下的長時間使用且能測量三維地震信號。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明有如下6幅附圖：

圖1是光纖傳感組件的結構圖，

圖2是光纖傳感組件的剖視圖，

圖3是本發明的立體結構透視圖，

圖4是本發明的正視圖之一，

圖5是本發明的正視圖之二，

圖6是本發明的俯視圖。

附圖中所標各數字分別表示如下：

1.傳感組件，2.阻尼器套筒，3.外側墊片，4.外側光纖支架，5.萬向節，6.外側連桿，7.穿纖孔，8.彈簧，9.光纖環外側，10.內側光纖支架，11.內側連桿，12.內側墊片，13.阻尼器壓桿，14.光纖環內側，15.光纖緩沖段，16.入射光纖，17.光纖轉接頭，18.光纖耦合器，19.出射光纖，20.機箱，21.振動擺，22.軟絲，23.外部光跳線，D.底部傳感組件，E.東部傳感組件， N.北部傳感組件，S.南部傳感組件，U.上部傳感組件，W.西部傳感組件。

具體實施方式

1.根據圖1至圖6，三維光纖地震傳感器，包括傳感組件(1)、阻尼器套筒(2)、外側墊片(3)、外側光纖支架(4)、萬向節(5)、外側連桿(6)、穿纖孔(7)、彈簧(8)、光纖環外側(9)、內側光纖支架(10)、內側連桿(11)、內側墊片(12)、阻尼器壓桿(13)、光纖環內側(14)、光纖緩沖段(15)、入射光纖(16)、光纖轉接頭(17)、光纖耦合器(18)、出射光纖(19)、機箱(20)、振動擺(21)、軟絲(22)、外部光跳線(23)、底部傳感組件(D)、東部傳感組件(E)、北部傳感組件(N)、南部傳感組件(S)、上部傳感組件(U)和西部傳感組件(W)。

2.外側墊片(3)、外側光纖支架(4)、萬向節(5)、外側連桿(6)、穿纖孔(7)、內側光纖支架(10)、內側連桿(11)、內側墊片(12)和機箱(20)構成支架框架機構，阻尼器套筒(2)、彈簧(8)和阻尼器壓桿(13)構成彈簧阻尼機構，光纖環外側(9)、光纖環內側(14)、光纖緩沖段(15)、入射光纖(16)和出射光纖(19)構成光路傳輸機構，光纖轉接頭(17)和光纖耦合器(18)構成光纖轉接機構，光纖環外側(9)和光纖環內側(14)組成光纖環。

3.傳感組件(1)設有傳感組件(1)、阻尼器套筒(2)、外側墊片(3)、外側光纖支架(4)、萬向節(5)、外側連桿(6)、穿纖孔(7)、彈簧(8)、光纖環外側(9)、內側光纖支架(10)、內側連桿(11)、內側墊片(12)、阻尼器壓桿(13)、光纖環內側(14)、光纖緩沖段(15)、入射光纖(16)、光纖轉接頭(17)、光纖耦合器(18)、出射光纖(19)和軟絲(22)。

4.外側光纖支架(4)的一側為球面形且球面形一側與萬向節(5)的一端連接，萬向節(5)的另一端與機箱(20)一個面的中心點連接，外側光纖支架(4)的另一側設有外側墊片(3)，外側墊片(3)通過外側連桿(6)與阻尼器套筒(2)的一端連接，內側光纖支架(10)為長方體且其一側設有內側墊片(12)，內側墊片(12)通過內側連桿(11)與阻尼器壓桿(13)的一端連接，阻尼器壓桿(13)的另一端插入阻尼器套筒(2)內，內側光纖支架(10)的另一側設有軟絲(22)，軟絲(22)的一端與振動擺(21)連接，彈簧(8)的一端與外側墊片(3)連接，彈簧(8)的另一端與內側墊片(12)連接，阻尼器套筒(2)、外側連桿(6)、內側連桿(11)和阻尼器壓桿(13)設置在彈簧(8)內部。

5.外側光纖支架(4)和內側光纖支架(10)上面設有穿纖孔(7)，光纖環的腰部穿入穿纖孔(7)內，光纖環為橢圓形，外側光纖支架(4)和內側光纖支架(10)設置在橢圓形光纖環長軸的兩端，傳感組件(1)中的光纖環外側(9)為兩根，光纖環內側(14)為一根，入射光纖(16)與光纖環外側(9)之間以及出射光纖(19)與光纖環外側(9)之間設有光纖緩沖段(15)，光路前進方向依次為入射光纖(16)、光纖緩沖段(15)、光纖環外側(9)、光纖環內側(14)、光纖環外側(9)、光纖緩沖段(15)、出射光纖(19)，入射光纖(16)和出射光纖(19)通過光纖轉接頭(17)和光纖耦合器(18)和外部光纖連接。

6.機箱(20)內設有六個傳感組件(1)和一個振動擺(21)，六個傳感組件分別為東部傳感組件(E)、西部傳感組件(W)、南部傳感組件(S)、北部傳感組件(N)、上部傳感組件(U)和底部傳感組件(D)，東部傳感組件(E)、西部傳感組件(W)、南部傳感組件(S)和北部傳感組件(N)水平放置且構成一個十字星，上部傳感組件(U)、底部傳感組件垂直放置且和東部傳感組件(E)、西部傳感組件(W)或和南部傳感組件(S)、北部傳感組件(N)構成十字星，六個傳感組件(1)整體構成六棱體，六棱體的中心點設置振動擺(21)。

7.通過光纖轉接頭(17)、光纖耦合器(18)和外部光跳線(23)，東部傳感組件(E)和西部傳感組件(W)產生的信號組成東西水平向振動信號的推挽輸出，南部傳感組件(S)和北部傳感組件(N)產生的信號組成南北水平向振動信號的推挽輸出，上部傳感組件(U)和底部傳感組件(D)產生的信號組成上下垂直向振動信號的推挽輸出。

8.振動擺(21)的直徑為42～50毫米，材質為黃銅，外部鍍有鉻，入射光纖(16)和出射光纖(19)的纖芯直徑為200μm，包層外徑為230μm，為塑料階躍型光纖，所述的光纖為裸纖，其外部沒有任何保護層，光纖轉接頭(17)為FC型。

9.地震測量時，機箱(20)隨地震波一起振動，由于振動擺(21)的慣性作用保持其基本不動，使得機箱(20) 箱體內的光纖環被壓扁或拉伸，利用光纖微彎損耗原理，光纖環對光信號產生了光強調制，且地震振動信號的大小與光強調制幅度的絕對值成正比關系，即傳感器對地震信號起到了傳感或轉換作用。

10.光纖環外側(9)、光纖環內側(14)和光纖緩沖段(15)的彎曲程度較小，相對平直些，離光纖損耗的臨界狀態相差較遠，使得光纖環被壓扁或拉伸時對其不會產生微彎損耗，消除它們對傳感過程的影響；外側光纖支架(4)和內側光纖支架(10)附近處的光纖環彎曲程度較大，光纖環被壓扁或拉伸時其均在光纖損耗損耗之中， 光纖環被壓扁時，此處的光纖微彎損耗相對大些，光纖環拉伸時，此處的光纖微彎損耗相對小些。

11.所述的傳感器相比于光纖光柵型和光纖干涉型地震傳感器結構較為簡單；由于采用推挽輸出，所以傳感器的靈敏度較高，輸出幅度較大；由于光纖環沒有斷痕，所以傳感器的低頻響應好，下限頻率低，且能夠在復雜惡劣環境條件下的長時間使用；由于采用了套筒式阻尼器，所以阻尼效果好，擺錘的自由振動時間短，衰減迅速。