[發明專利]一種超聲三分量探頭、檢測超聲三分量的方法和裝置

有效

• 申請號: 201611170248.8
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106813693B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 楊昌喜;郭晶晶
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01D5/34
• 分類號: G01D5/34;G01H9/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 韓輝峰;李丹

一種超聲三分量探頭、檢測超聲三分量的方法和系統，包括：探頭框架、設置在探頭框架中的第一相移光纖光柵、第二相移光纖光柵和第三相移光纖光柵；其中，第一相移光纖光柵設置在探頭框架的中心軸，第一相移光纖光柵和第二相移光纖光柵之間的夾角為α，第一相移光纖光柵和第三相移光纖光柵之間的夾角為β，第一相移光纖光柵和第二相移光纖光柵構成的第一平面與第一相移光纖光柵和第三相移光纖光柵構成的第二平面互相垂直；α大于0且小于或等于90°，β大于0且小于或等于90°。本發明實施在保證光纖光柵的強度靈敏度的前提下，提高了超聲頻率響應帶寬。

技術領域

本發明涉及光學領域和地震勘探領域，尤指一種超聲三分量探頭、檢測超聲三分量的方法和裝置。

背景技術

隨著近十年來石油天然氣勘探開發工作的不斷發展，地震物理模型越來越被廣泛的應用于地質結構的模擬。通過將野外的地質結構按照一定的模擬相似比制成地質模型，并利用超聲波對野外地震勘探進行正演模擬，從而大幅度降低石油天然氣的開采成本及難度。此外，隨著油氣勘探的逐步深入，多波地震采集技術也越來越受重視，而多波采集技術的核心器件是三分量檢波器。目前，在物理模型研究中，使用最廣泛的是壓電陶瓷(PZT，Piezoelectric Transducer)超聲傳感器。這類PZT傳感器響應帶寬窄，易受電磁干擾，且探測靈敏度跟探測面積成正比，導致其尺寸大，定位精度低。

光纖光柵傳感器是近年來研究較多的一種新型傳感器，具有抗電磁干擾、電絕緣性好、靈敏度高、重量輕等優點，具有廣泛的應用前景。然而研究表明，光纖光柵傳感器的超聲頻率響應帶寬與光柵長度成反比，而由于光纖光柵傳感器采用的普通光纖光柵的光柵長度一般比較長，從而限制了超聲頻率響應帶寬，為了提高超聲頻率響應帶寬，可通過適當減小光柵長度，但減小光柵長度是以降低光纖光柵的反射率和頻譜寬度為代價的，削弱了光纖光柵的強度靈敏度。

發明內容

本發明實施例提供了一種超聲三分量探頭、檢測超聲三分量的方法和裝置，能夠在保證光纖光柵的強度靈敏度的前提下，提高超聲頻率響應帶寬。

本發明實施例提供了一種超聲三分量探頭，包括：

探頭框架、設置在探頭框架中的第一相移光纖光柵、第二相移光纖光柵和第三相移光纖光柵；

其中，第一相移光纖光柵設置在探頭框架的中心軸，第一相移光纖光柵和第二相移光纖光柵之間的夾角為α，第一相移光纖光柵和第三相移光纖光柵之間的夾角為β，第一相移光纖光柵和第二相移光纖光柵構成的第一平面與第一相移光纖光柵和第三相移光纖光柵構成的第二平面互相垂直；α大于0且小于或等于90°，β大于0且小于或等于90°。

可選的，所述第一相移光纖光柵或所述第二相移光纖光柵或所述第三相移光纖光柵為π相移光纖光柵。

可選的，所述第一相移光纖光柵或所述第二相移光纖光柵或所述第三相移光纖光柵通過鉆孔插入所述探頭框架的底端，并通過預設材料封裝在所述探頭框架中；

其中，預設材料的超聲阻抗與所述探頭框架的材料的超聲阻抗之間的差值的絕對值小于或等于第一預設閾值。

可選的，所述探頭框架為平底圓錐結構。

可選的，所述探頭框架的底端直徑小于或等于第二預設閾值。

可選的，所述探頭框架的材料為對超聲損耗小的材料。

可選的，所述α和所述β相等。

可選的，所述α和所述β均為30度。

本發明實施例還提出了一種檢測超聲三分量的方法，包括：