一种基于光纤光栅的水平双向地震传感器

1.本实用新型涉及地震勘探技术领域，特别是涉及一种基于光纤光栅的水平双向地震传感器。


背景技术：

2.现有的地震传感器大多数采用精密元件和复杂电路设备，结构较为复杂，成本高且操作和计算复杂，抗疲劳性能、耐久性普遍较差，与全寿命监测的意义相差甚远。光纤光栅自问世以来，已广泛应用于光纤传感领域。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、电绝缘、高灵敏度以及和普通光纤的良好的兼容性等优点，所以越来越受关注。由于光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以主要用于温度和应力应变的测量，与电子类加速度传感器相比具有更广阔的应用空间。通过光纤光栅的光折变性质，当光纤光栅周围温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时，则光纤光栅周期或纤芯折射率变化，从而产生光纤光栅的波长位移，通过监测波长的变化可以计算出应变的变化情况，根据这个原理来设计地震传感器。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种基于光纤光栅的水平双向地震传感器，以解决上述现有技术存在的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种基于光纤光栅的水平双向地震传感器，包括外壳，所述外壳内部周向上固定设置有滑轨，所述滑轨内部的滑动连接有两组导轨，两组所述导轨垂直布置；所述外壳内部中心位置设置有一组质量块，所述质量块与两组所述导轨分别滑动连接，每组导轨位于所述质量块的一侧设置有弹簧和光栅传感器，所述光栅传感器固定连接有光纤，每组所述导轨位于所述质量块的另一侧设置有阻尼器；所述外壳顶部中心位置插接有固定棒，所述固定棒的一侧设置有圆水准器。
5.优选的，两组所述导轨均与外壳顶面平行，两组所述导轨上均固定连接有支杆，所述支杆与所述阻尼器固定连接，所述支杆远离所述阻尼器的一端开设有空档，所述弹簧的两端部固定连接有空档的两端，所述光栅传感器设置在所述支杆内部，所述光栅传感器靠近所述弹簧一侧布置。
6.优选的，所述导轨呈圆柱形，所述导轨两端部均固定连接有滑块，所述滑块与所述滑轨滑动连接且二者相适配。
7.优选的，所述质量块上部设置有圆孔，所述圆孔与所述固定棒的端部相适配。
8.优选的，所述质量块、导轨和滑轨均为铜质。
9.优选的，所述外壳为铝制，所述弹簧为无磁压缩弹簧。
10.优选的，所述光纤管贯穿所述外壳侧壁并电性连接有光栅光纤解调仪。
11.优选的，所述外壳底部固定设置有底脚。
12.本实用新型公开了以下技术效果：
13.(1)本实用新型中的光纤光栅传感器较普通传感器在强干扰的检测环境下具有无可比拟的优势，更加适合在恶劣的环境下工作；同时对微弱信号的处理上可以实现实时处理和长距离精确传输；光纤光栅传感频带宽、动态范围大而且测量精度和灵敏度高，可以实时提供结构体安全性等方面的信息；
14.(2)本实用新型对于被检测的信息进行采用波长进行编码，其待测信息不受到光源功率、光纤弯曲以及其他元器件老化等因素的影响，具备较高的准确和稳定性；
15.(3)本实用新型光纤网络的具备很强的复用性，多个光栅组成的传感网络可以实现对待测量实时的分布式测量；
16.(4)本实用新型在同一水平面的双向测量，可以通过夹角确定地震方向，避免单向传感器测量时的耦合作用；配有阻尼器，可以消除连续自由振动的影响。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型结构示意图；
19.图2为本实用新型主视图；
20.其中：1、质量块；2、外壳；3、固定棒；4、圆水准器；5、滑轨；6、光纤；7、导轨；8、弹簧；9、光栅传感器；10、阻尼器；11、底脚。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
23.参照图1-2，本实用新型提供一种基于光纤光栅的水平双向地震传感器，包括外壳2；外壳2内部周向上固定设置有滑轨5，滑轨5内部的滑动连接有两组导轨7，两组导轨7垂直布置；外壳2内部中心位置设置有一组质量块1，质量块1与两组导轨7分别滑动连接，每组导轨7位于质量块1的一侧设置有弹簧8和光栅传感器9，光栅传感器9固定连接有光纤6，每组导轨7位于质量块1的另一侧设置有阻尼器10；外壳2顶部中心位置插接有固定棒3，固定棒3的一侧设置有圆水准器4。铜质质量块1在同一水平面上相互垂直的两个方向上，分别与阻尼器10、光栅传感器9和弹簧8相焊接，光栅传感器9固定在导轨7内，同时它们在两个方向上与导轨7固定，导轨7可以在滑轨5上滑动，两端有长方形端头与滑轨5连接，所以不会旋转，铜质的质量块1可以在水平面上自由移动。其中，两个方向的光栅传感器9可以通过之间的夹角，确定振动来源，也可以避免单向传感器测量时的耦合作用。阻尼器10可以消除连续自
由振动的干扰。在不使用仪器时，可以用固定棒3从仪器正上方插入铜质的质量块1上部，防止铜质质量块1来回晃动。本实用新型中的光纤光栅传感器较普通传感器在强干扰的检测环境下具有无可比拟的优势，更加适合在恶劣的环境下工作；同时对微弱信号的处理上可以实现实时处理和长距离精确传输；光纤光栅传感频带宽、动态范围大而且测量精度和灵敏度高，可以实时提供结构体安全性等方面的信息；对于被检测的信息进行采用波长进行编码，其待测信息不受到光源功率、光纤6弯曲以及其他元器件老化等因素的影响，具备较高的准确和稳定性；光纤网络的具备很强的复用性，多个光栅组成的传感网络可以实现对待测量实时的分布式测量；在同一水平面的双向测量，可以通过夹角确定地震方向，避免单向传感器测量时的耦合作用；配有阻尼器10，可以消除连续自由振动的影响。
24.工作原理：光纤光栅具有光折变性质，当光纤光栅周围应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光纤光栅周期或纤芯折射率变化，从而产生光纤光栅信号的波长位移，通过监测波长位移情况，可获得被测试物的应变情况。抗电磁干扰强，测量精度高，可靠性好，双向测量、耐高温高压，便于组网与长距离传输。
25.两组导轨7均与外壳2顶面平行，两组导轨7上均固定连接有支杆，支杆与阻尼器10固定连接，支杆远离阻尼器10的一端开设有空档，弹簧8的两端部固定连接有空档的两端，光栅传感器9设置在支杆内部，光栅传感器9靠近弹簧8一侧布置。导轨7呈圆柱形，导轨7两端部均固定连接有滑块，滑块与滑轨5滑动连接且二者相适配；质量块1上部设置有圆孔，圆孔与固定棒3的端部相适配。
26.质量块1、导轨7和滑轨5均为铜质。外壳2为铝制，弹簧8为无磁压缩弹簧8。对于质量块1材料的选择，由于黄铜的密度大，使得质量块1的重量相对于其它材料而言重一些，有利于提高光光栅传感器9的灵敏度。而铝质的外壳2可以很好地保护内部元件，且铝无磁性。它不会产生附加的磁场,在仪器中不会起干扰作用。同时滑轨5、导轨7为铜质，防止电磁干扰，弹簧8为无磁性压缩弹簧。光纤6贯穿外壳2侧壁并电性连接有光栅光纤解调仪。
27.外壳2底部固定设置有底脚11；底脚11为可伸缩底脚；(可伸缩底脚可以采用小型气缸、伸缩卡块结构、或者螺钉螺母，底脚的伸缩方式为现有技术，只要可以起到调节高度和固定的作用即可)；底脚11可以根据需要任意调节高度；圆水准器4和底脚11相配合可以根据实际工作情况调节仪器的高度，圆水准器4可以实时显示仪器是否处于水平状态，为后续的探测工作做准备，提高了仪器检测的精密性。
28.工作过程：首先，将仪器放在需要测试的地方，使用外壳2上方的圆水准器4和底部的可调节底脚11，调节仪器高度，直到仪器保持水平。当开始工作时，铜质的质量块1受到振动，在惯性力的作用下，铜质的质量块1会压缩弹簧8，固定在导轨7内的光栅传感器9开始振动，由于光栅传感器9与铜质的质量块1连接在一起，在铜质的质量块1移动的同时，光纤光栅产生应变，从而使得光纤光栅被拉伸，引起光纤光栅的中心波长发生漂移，光纤光栅具有光折变性质，当光纤光栅周围应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光纤光栅周期或纤芯折射率变化，从而产生光纤光栅信号的波长位移，通过监测波长位移情况，可获得被测试物的应变情况。光栅传感器9通过光纤6与光纤光栅解调仪连接，通过探测波长的变化来实现加速度的测量。在不使用仪器时，可以用固定棒3从仪器正上方插入铜质的质量块1上部，防止铜质的质量块1来回晃动。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。