专利汇可以提供一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于微结构光纤分布式 声波 传感的 地震 波 测量系统,该系统包括窄线宽激 光源 、 耦合器 、声光 调制器 、掺饵光纤 放大器 、平衡光电探测器、微结构传感光缆、 信号 控制和处理模 块 。窄线宽 激光器 产生信号光由环形器注入微结构传感光缆,通过该光缆对外界 地震波 信号进行测量,携带地震波信息的反射 光信号 与参考光形成外差信号送入平衡光电探测器,其输出的 电信号 最终由信号控制处理模块进行解调处理,实现对地震波信号的有效测量。本发明具有测量灵敏度高、空间 分辨率 高的优势,相比于传统电学 检波器 ,结构简单,体积小重量轻易安装,且不受 电磁干扰 。本发明可用于测量地下传播的地震波信号、资源探测以及地质勘探等领域。,下面是一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统专利的具体信息内容。
1.一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统,其特征在于,包括窄线宽激光器(1)、第一光耦合器(2)和第二光耦合器(8)、光环形器(5)、声光调制器(3)、掺饵光纤放大器(4)、平衡光电探测器(7)、微结构传感光缆(6)以及控制处理模块(9);其中:
所述窄线宽激光器(1)输出与第一耦合器(2)相连,用于提供窄线宽激光信号;
所述第一耦合器(2)包括光源输入端、本振光输出端和信号光输出端;所述光源输入端用于接收窄线宽激光,本振光输出端与第二耦合器(8)本振光输入端相连,向其提供参考光;信号光输出端与声光调制器(3)输入端相连,向其提供信号光;
所述声光调制器(3)包含输入、输出和驱动三个端口,用于将激光调制成脉冲并产生一定的频移;
所述掺饵光纤放大器(4)包含光输入和光输出两个端口,用于放大输入光信号;
所述光环形器(5)的第一端口与掺饵光纤放大器(4)输出端相连,第二端口与微结构传感光缆(6)相连,第三端口接第二耦合器(8)输入端;所述光环形器(8)用于将第一端口的光输送至第二端口输出,将从第二端口进入的光输送至第三端口,经该端口送出至第二耦合器(8);所述第二耦合器(8)用于将参考光和信号光合为一路,送入平衡光电探测器(7)输入端;
所述微结构传感光缆(6)用作传感单元,用于感知地震波的传播;
所述平衡光电探测器(7)包含两个输入端口和一个差分输出端口,第二耦合器(8)输出的光进入平衡光电探测器(7)输入端;平衡光电探测器(7)输出端接控制处理模块(9)的输入端;平衡光电探测器(7)用于将光缆反射回的光与本振光干涉后的光信号,转化为电信号,送入控制处理模块(9);
所述控制处理模块(9)包含输入端、驱动端口和PC连接数据端口;控制处理模块(9)输入端连接平衡光电探测器(7)的输出端,驱动端连接声光调制器(3)用于驱动声光调制器正常工作;PC连接数据端口用于外接计算机;实现实时结果显示和数据存储;控制处理模块(9)用于解调探测器(7)输出的电信号,解调恢复光缆所探测的外界地震波信号,并产生驱动信号以控制声光调制器的工作。
2.根据权利要求1中所述的地震波测量系统,其特征在于,所述微结构光纤(11)封装于皮线外缆(13)之内,光纤与外层缆皮间填充弹性介质(12),从而实现保护微结构光纤和增强对外界地震波探测的灵敏度;所述微结构光纤是通过紫外曝光技术,以相同间距将若干个单点瑞利散射增强点(10)刻写在普通单模光纤上,用于反射光纤中的光信号。
3.根据权利要求1中所述的地震波测量系统,其特征在于,所述第一光耦合器(2)参考光与信号光的分光比为1:99,第二光耦合器(8)参考光与信号光的分光比为1:1。
4.根据权利要求2中所述的地震波测量系统,其特征在于,所述弹性介质在光纤与外界环境之间有较好的传导力,且需抗拉抗腐蚀,优选凯夫拉纤维。
5.根据权利要求2中所述的地震波测量系统,其特征在于,所述微结构传感光缆(6)的光纤上刻写的每个单点瑞利散射增强点具备全波段反射特性,且反射率低但比瑞利散射高
5-20dB。
6.根据权利要求1中所述的地震波测量系统,其特征在于,所述控制处理模块包含嵌入式处理模块(15)、D/A模块(16)、A/D模块(18)、带通滤波器(17);所述A/D模块(18)用于采集信号并转化为数字信号,送入带通滤波器(17);所述带通滤波器(17)用于实现中频带通,其输出接所述嵌入式处理模块(15);所述嵌入式处理模块(15)用于对采集到的信号进行解调,并产生驱动信号,经D/A转化后送入声光调制器(7),以驱动声光调制器正常工作。
7.根据权利要求6所述的地震波测量系统,其特征在于,所述控制处理模块中解调包括如下步骤:
将采集到的微结构点反射回的光与本振光形成的拍频信号(19)带通滤波(20)后,作相位提取处理(24):分别与参考信号1(23)和参考信号2(25)相乘,分别再经低通滤波,由此得到的两个信号进行除法运算,得到关于相位量的正切值,经反正切运算后取得相位值,其中,参考信号1和参考信号2是相位差为π/2的正弦信号,其频率等于声光调制器所产生的频移大小;同时对信号幅值进行自动寻峰(21),定位每段光纤的微结构点反射峰,提取其相应相位改变量,通过差分运算计算两相邻微结构点间相位差(22),得到两点间连接光缆上的相位变化,根据变化得出此段光纤上的地震波信息,从而实现对地震波信号的解调。
8.根据权利要求1中所述的地震波测量系统,其特征在于,地震波引起光缆中光信号的变化,分布在不同位置的每段微结构光纤光缆为一个地震波检测单元来实现对地震波信号的探测,其等效位置可视为两微结构点间的光纤中部;光缆自身即为检测单元,能检测一段时间内此位置处的地震波传播信息,进而得到地震传输波形的时间位置分布图。
9.根据权利要求1中所述的地震波测量系统,其特征在于,所述平衡探测器(9)内置两个特性完全接近的光电探测器,两束光相减后可去掉直流分量,可消除光相干探测中接收机噪声,提升系统信噪比和灵敏度,利于微弱信号的探测。
10.根据权利要求6所述地震波测量系统,其特征在于,还包括PC(14),用于显示地震波信号和存储数据。
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