專利名稱：使用多芯光纜實現(xiàn)的多道fbg檢波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢波器，特別涉及一種在地球物理地震勘探應(yīng)用中的使用多芯光纜
實現(xiàn)的多道FBG檢波器。
二、 背景技術(shù)-
地震勘探使用檢波器采集地震波信號，這些資料處理后能夠反演出地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)， 廣泛應(yīng)用于石油、煤炭和礦山等行業(yè)。過去幾十年通常采用電磁式檢波器，但隨著地震
勘探面臨目的層更深、地表條件更復(fù)雜、資料要求更精細以及人類活動帶來的電磁干
擾更多等因素的影響，原有技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)越來越高的要求。
新型檢波器的發(fā)展動向主要體現(xiàn)在微電子機械(MEMS)，新型壓電材料以及光纖傳感 技術(shù)等幾個領(lǐng)域。其中光纖技術(shù)以其獨特的優(yōu)點吸引著研究人員的目光，在光纖振動傳 感器，光纖布拉格光柵(FBG)振動傳感器等題目下，涌現(xiàn)出許多的科研論文、實驗報 告和專利申請，如中國專利公開號CN1862239A的中國專利公開了 "分布式光纖振動傳 感方法及裝置"，該發(fā)明是一種基于雙環(huán)馬赫一澤德干涉的分布式光纖振動傳感方法及裝 置；公開號CN1995934A的中國專利公開了 "分布式光纖振動傳感器"，該發(fā)明中采用的 是薩格奈克干涉儀和馬赫一澤德干涉儀，以上二項發(fā)明采用的技術(shù)路線與本發(fā)明申請采 用的布拉格光柵技術(shù)路線顯著不同。授權(quán)公告號為CN1614359A的中國專利公開了一個 發(fā)明名稱為"實現(xiàn)多通道光纖光柵傳感裝置高靈敏度測量的方法"，但該專利公開的創(chuàng)新 和權(quán)利要求主要體現(xiàn)在多通道的光路結(jié)構(gòu)用一種調(diào)諧濾波器對各個通道進行逐次掃描 解調(diào)的方法來實現(xiàn)；本發(fā)明涉及的使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG地震檢波器是一種產(chǎn)品 發(fā)明，描述了機械結(jié)構(gòu)、光路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)和數(shù)字化實現(xiàn)等；在二者具有可比性的多
通道光路實現(xiàn)部分，本發(fā)明采用的是使用多芯光纜光路隔離，每個通道都有其自己的匹 配光柵，所有地震通道同步解調(diào)。二者具有極其明顯的實質(zhì)區(qū)別。
地震檢波器，尤其作為更新?lián)Q代的新型檢波器，不僅要求具有全面優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)， 而且必須解決工程應(yīng)用所面臨的巨大困難。檢波器的使用人員通常是臨時雇傭非熟練勞 務(wù)人員，工作時間常常是人體極度疲憊的深夜(滿足低環(huán)境噪音要求)，工作環(huán)境必須面 對風(fēng)霜雨雪、沙塵泥濘等各種惡劣條件。在上述情況下，即使最簡單的光纖連接工作也 存在極大困難。所以，基于光纖技術(shù)的各種檢波器方案，除性能和價格因素外，能否在 野外惡劣條件下正常使用，決定了所提出的發(fā)明是僅僅停留在圖紙構(gòu)思，還是能夠真正 走向應(yīng)用并創(chuàng)造財富于社會。
三、 發(fā)明內(nèi)容-
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種使用多芯光纜實現(xiàn)的多
道FBG檢波器，為各個光纖光柵檢波器S1、 S2、 S3、…Sn建立了互不干擾的獨立通道， 檢波器可以具有完全相同的機械結(jié)構(gòu)和傳感光柵，這樣為生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和使用維護中的
替換帶來了方便。
其技術(shù)方案是 一種使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，由光電采集站、多芯鎧 裝光纜、若干個光纖光柵的檢波器Sl、 S2、 S3、 ...Sn組成。其中，光電采集站包括 CPU模塊、光源模塊、光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相放大-A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲-通 訊模塊以及同步或時間服務(wù)模塊。
本發(fā)明從光電采集站一鎧裝光纜一檢波器1—鎧裝光纜一檢波器2—鎧裝光纜一檢波 器3...—鎧裝光纜一檢波器n之間，只在采集站和檢波器內(nèi)部進行光纖焊接并進行良好的 機械封裝，沒有任何需要進行野外現(xiàn)場連接的光路連接端子或適配器。每段光纜長度為 常規(guī)道距+適當(dāng)(長度)冗余量。
光電采集站是本發(fā)明的關(guān)鍵部件之一。從外部應(yīng)用看，光電采集站與現(xiàn)有地震勘探 使用的數(shù)據(jù)采集站完全相同；但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由CPU模塊、光源模塊、光路分配-光電轉(zhuǎn) 換模塊、鎖相放大-A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲-通訊模塊以及同步或時間服務(wù)模塊，其中光 學(xué)測量為光源模塊、光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊、鎧裝光纜以及檢波器的振動敏感光柵。
由于多芯光纜為每個傳感器都分配單獨的光路，本發(fā)明能夠采用一個激光光源LD 實現(xiàn)多道地震信號檢測。與寬帶光源相比，激光具有更好的信噪比和分辨率。
本發(fā)明使用一個1 XN耦合器、N個1 X2耦合器、 一根N芯光纜以及N個獨立的檢 波器，建立相互獨立的光學(xué)N通道(以上N為本發(fā)明的通道數(shù))，各通道在時間上嚴格 同步，相互之間由于激光在不同的光通道中傳輸而互不干擾。
本發(fā)明中各個檢波器的機械結(jié)構(gòu)和傳感光柵波長均完全一致，各傳感器可以簡單替 換， 一種合理的結(jié)構(gòu)由實用新型專利申請"一種光纖光柵地震檢波器"描述。
本發(fā)明的下限是2通道，上限受制于多芯光纜的纜芯數(shù)量， 一般小于12通道，但最 佳數(shù)量是4通道。 一方面與現(xiàn)有的地震儀器系統(tǒng)容易兼容，另一方面4通道系統(tǒng)將光電 采集站-鎧裝光纜-4個檢波器融為一體，其重量和體積既便于單人背負野外使用，也便于 生產(chǎn)、檢測和維護。
本發(fā)明的有益效果是使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器除具有靈敏度高、非線 性失真低，抗電磁干擾等優(yōu)點外，由于采用光纜取代傳統(tǒng)檢波器連接的大線，本發(fā)明還
具有如下系統(tǒng)優(yōu)勢
(1) 目前由檢波器到數(shù)據(jù)采集站之間的常用連接方式是多芯電纜(大線)，在使用過程 中大線難免彎折導(dǎo)致絕緣破壞，各通道之間信號串?dāng)_經(jīng)常發(fā)生，本發(fā)明能夠從根本上消
除大線中各信號之間發(fā)生的道間干擾；
(2) 由于連接頭生銹、污損、松動、大線斷根等原因，接觸電阻經(jīng)常發(fā)生變化，信號在 從每個檢波器到采集站之間的傳遞存在著隨機的誤差，本發(fā)明能夠大大降低線路損耗帶
來的誤差；
(3) 在當(dāng)前地震勘探中，除檢波器能引入電磁干擾外，數(shù)據(jù)傳輸大線相當(dāng)于一根外接天 線，很容易引進各種電磁干擾，光纖技術(shù)能徹底改變這一情況；
(4) 簡化野外操作，減少不確定的隨機誤差，提高勘探質(zhì)量；
(5) 由于光纜的重量只有對應(yīng)多芯銅纜(大線)重量的大約l/5，本發(fā)明降低了地震勘探 對放線工人數(shù)量需求和勞動強度。本發(fā)明所需要的鎧裝光纜目前價格只有對應(yīng)大線價格 的2/3，并且具有長期降低確定趨勢。所以，使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器系統(tǒng) 有利于推廣應(yīng)用。
四

附圖l是本發(fā)明的原理框圖； 附圖2是本發(fā)明的一種實施例的實施方法； 附圖3是布拉格光柵振動信號檢測原理圖。
上圖中光電采集站l、 CPU模塊2、光源模塊3、光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊4、鎖 相放大-A/D轉(zhuǎn)換模塊5，數(shù)據(jù)存儲-通訊模塊6以及同步或時間服務(wù)模塊7、鎧裝光纜8、 以及若干個機械結(jié)構(gòu)相同但傳感光柵中心波長不同的檢波器S1、 S2、…Sn組成。
五具體實施例方式
以下結(jié)合附圖l、附圖2、使用4芯光纜實現(xiàn)的4通道FBG檢波器為例，描述本發(fā) 明的詳細的工作過程。(由于整個光程長度小于500米，傳輸過程中忽略光的傳輸延遲)
使用4芯光纜實現(xiàn)的4通道FBG檢波器，由光電采集站l、鎧裝光纜8以及4個檢波器
51、 S2、 S3、 S4組成。采集站到S1檢波器采用10米4芯鎧裝光纜連接、各檢波器S1、
52、 S3、 S4之間采用3根55米4芯鎧裝光纜連接，光纖焊接只在采集站和檢波器內(nèi)部 進行，檢波器和采集站經(jīng)過良好封裝，沒有任何需要進行野外現(xiàn)場連接的光路連接端子 或適配器。
CPU模塊2產(chǎn)生掃描電信號送往光源模塊3，控制該模塊中的LD產(chǎn)生從起始波長 ^w到截至波長^z^的快速掃描脈沖激光^D，送往光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊4，激光從
耦合器C5的1端進入，分為4路分別進入耦合器Cl、 C2、 C3、 C4的2A，從1端射出， 沿著4芯鎧裝光纜8分別到達光柵檢波器S1、 S2、 S3、 S4，傳感光柵。傳感光柵的布拉
格反射光譜中心^將隨同檢測到的地震波在^。 AsA之間變化，掃描脈沖激光與光 柵反射光譜^相互作用，形成一串?dāng)y帶振動信息的反射光脈沖^^…^D"，再次進入光路 分配-光電轉(zhuǎn)換模塊4，分別從耦合器C1、 C2、 C3、 C4的l反射進入，從2B端射出， 進入光電二極管D1D2D3D4，此時，反射光脈沖... 中包含的振動信息被轉(zhuǎn)換為
電信號。4個支路的電信號由光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊4進入鎖相放大-A/D轉(zhuǎn)換模塊5，
在該模塊中，微弱的振動電信號首先進行鎖相放大，鎖相信號來自CUP模塊2，經(jīng)過放 大后，振動信號將進行A/D轉(zhuǎn)換，同步轉(zhuǎn)換的指令由CPU模塊2發(fā)出，自此，地震反射 波的振動信號已經(jīng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，該信號進入數(shù)據(jù)存儲-通訊模塊6,在同步或時間服 務(wù)模塊7的控制下發(fā)送到地震儀。
最后我們對比地震勘探過程中常規(guī)檢波器與本發(fā)明的使用情況。 假設(shè)某地震勘探施工現(xiàn)場共有M個排列，每排列有N個物理點，道距為50米。數(shù) 據(jù)采集站帶載能力為4道檢波器；共有(MXN) /4個數(shù)據(jù)采集站通過數(shù)傳電纜(或無線 傳輸)方式連接到地震儀器車。地震勘探開始時，采集站接收到起爆同步信號，開始同步 記錄并存儲各通道檢波器的振動信號，直至預(yù)定數(shù)據(jù)長度(例如6秒)。隨后，在儀器車 的控制下，將所記錄的數(shù)據(jù)上傳至地震儀的工作站。 對于其中某排列的勘探點位Kl K2 K3 K4
傳統(tǒng)檢波器部署方式為①縱貫K1—K4鋪設(shè)一根200米長的多芯電纜(大線)② 相應(yīng)K1、 K2、 K3、 K4位置安插檢波器，③各個檢波器通過2芯電纜(小線)連接到 多芯電纜(大線) 大線連接到采集站
本發(fā)明的部署方式為①縱貫K1—K4鋪設(shè)鎧裝光纜，②相應(yīng)于K1、 K2、 K3、 K4
位置安插檢波器。
權(quán)利要求
1、一種使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，主要由光電采集站、多芯鎧裝光纜以及若干個光纖光柵檢波器S1、S2、S3、…Sn組成，其特征是光電采集站與各個檢波器之間使用預(yù)先確定長度的多芯鎧裝光纜連接為一體，光纖焊接或連接全部在光電采集站和光纖光柵檢波器內(nèi)部進行，外部沒有相互連接的光纖端子或光纖適配器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，其特征是所述 的光電采集站由CPU模塊、光源模塊、光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相放大-A/D轉(zhuǎn)換模 塊，數(shù)據(jù)存儲-通訊模塊以及同步或時間服務(wù)模塊組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，其特征是所述 的多個光纖光柵檢波器Sl、 S2、 S3、…Sn具有完全相同的機械結(jié)構(gòu)和中心波長一致的 傳感光柵。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，其特征是使用 一個1XN耦合器、N個1X2耦合器以及N芯光纜，建立相互獨立的光學(xué)N通道(N為 通道數(shù)目)，保證了各個通道在時間上嚴格同步并且各檢波器信號不發(fā)生混淆。
5、根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，其特征是 多通道N是指2至12之間的任一數(shù)字，尤其是指4通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在地球物理地震勘探應(yīng)用中的使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器。其技術(shù)方案是一種使用多芯光纜實現(xiàn)的多道FBG檢波器，由光電采集站、多芯鎧裝光纜、若干個光纖光柵的檢波器S1、S2、S3、…Sn組成。其中，光電采集站包括CPU模塊、光源模塊、光路分配-光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相放大-A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲-通訊模塊以及同步或時間服務(wù)模塊。其有益效果是為各個光纖光柵檢波器S1、S2、S3、…Sn建立了互不干擾的獨立通道，檢波器可以具有完全相同的機械結(jié)構(gòu)和傳感光柵，這樣為生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和使用維護中的替換帶來了方便。
文檔編號G01V1/18GK101349761SQ200810138350
公開日2009年1月21日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者偉 丁, 靜 寧, 崔汝國, 崔洪亮, 徐淑合, 亞 李, 韋節(jié)釗 申請人:中國石化集團勝利石油管理局地球物理勘探開發(fā)公司