[發明專利]一種基于微結構光纖分布式聲波傳感的地震波測量系統

有效

• 申請號: 201711453533.5
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108415067B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 孫琪真;李豪;艾凡;閆志君;賀韜;汪靜逸;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 張建偉;曹葆青

1.一種基于微結構光纖分布式聲波傳感的地震波測量系統，其特征在于，包括窄線寬激光器(1)、第一光耦合器(2)和第二光耦合器(8)、光環形器(5)、聲光調制器(3)、摻餌光纖放大器(4)、平衡光電探測器(7)、微結構傳感光纜(6)以及控制處理模塊(9)；其中：

所述窄線寬激光器(1)輸出與第一耦合器(2)相連，用于提供窄線寬激光信號；

所述第一耦合器(2)包括光源輸入端、本振光輸出端和信號光輸出端；所述光源輸入端用于接收窄線寬激光，本振光輸出端與第二耦合器(8)本振光輸入端相連，向其提供參考光；信號光輸出端與聲光調制器(3)輸入端相連，向其提供信號光；

所述聲光調制器(3)包含輸入、輸出和驅動三個端口，用于將激光調制成脈沖并產生一定的頻移；

所述摻餌光纖放大器(4)包含光輸入和光輸出兩個端口，用于放大輸入光信號；

所述光環形器(5)的第一端口與摻餌光纖放大器(4)輸出端相連，第二端口與微結構傳感光纜(6)相連，第三端口接第二耦合器(8)輸入端；所述光環形器(8)用于將第一端口的光輸送至第二端口輸出，將從第二端口進入的光輸送至第三端口，經該端口送出至第二耦合器(8)；所述第二耦合器(8)用于將參考光和信號光合為一路，送入平衡光電探測器(7)輸入端；

所述微結構傳感光纜(6)用作傳感單元，用于感知地震波的傳播；所述微結構傳感光纜(6)的光纖上刻寫的每個微結構點具備全波段反射特性，且反射率低但比瑞利散射高5-20dB；地震波引起光纜中光信號的變化，分布在所述微結構傳感光纜的光纖的不同位置的每段微結構傳感光纜為一個地震波檢測單元來實現對地震波信號的探測，其等效位置可視為兩微結構點間的光纖中部，能檢測一段時間內此位置處的地震波傳播信息，進而得到地震傳輸波形的時間位置分布圖；

所述平衡光電探測器(7)包含兩個輸入端口和一個差分輸出端口，第二耦合器(8)輸出的光進入平衡光電探測器(7)輸入端；平衡光電探測器(7)輸出端接控制處理模塊(9)的輸入端；平衡光電探測器(7)用于將光纜反射回的光與本振光干涉后的光信號，轉化為電信號，送入控制處理模塊(9)；

所述控制處理模塊(9)包含輸入端、驅動端口和PC連接數據端口；控制處理模塊(9)輸入端連接平衡光電探測器(7)的輸出端，驅動端連接聲光調制器(3)用于驅動聲光調制器正常工作；PC連接數據端口用于外接計算機；實現實時結果顯示和數據存儲；控制處理模塊(9)用于解調平衡光電 探測器(7)輸出的電信號，解調恢復光纜所探測的外界地震波信號，并產生驅動信號以控制聲光調制器的工作；所述控制處理模塊包含嵌入式處理模塊(15)、D/A模塊(16)、A/D模塊(18)、帶通濾波器(17)；所述A/D模塊(18)用于采集信號并轉化為數字信號，送入帶通濾波器(17)；所述帶通濾波器(17)用于實現中頻帶通，其輸出接所述嵌入式處理模塊(15)；所述嵌入式處理模塊(15)用于對采集到的信號進行解調，并產生驅動信號，經D/A轉化后送入聲光調制器(3 )，以驅動聲光調制器正常工作。

2.根據權利要求1中所述的地震波測量系統，其特征在于，所述微結構光纖(11)封裝于皮線外纜(13)之內，光纖與外層纜皮間填充彈性介質(12)，從而實現保護微結構光纖和增強對外界地震波探測的靈敏度；所述微結構光纖是通過紫外曝光技術，以相同間距將若干個微結構點(10)刻寫在普通單模光纖上，用于反射光纖中的光信號。

3.根據權利要求1中所述的地震波測量系統，其特征在于，所述第一光耦合器(2)參考光與信號光的分光比為1：99，第二光耦合器(8)參考光與信號光的分光比為1：1。

4.根據權利要求2中所述的地震波測量系統，其特征在于，所述彈性介質在光纖與外界環境之間有較好的傳導力，且需抗拉抗腐蝕，為凱夫拉纖維。