一种抗横向干扰的干涉型光纤检波器的制作方法

本实用新型涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种抗横向干扰的干涉型光纤检波器。

背景技术：

在油气勘探领域，地震勘探技术是最有效的一种方法。检波器作为地震勘探的关键设备，其作用是测量人为激发震源的直达波或各地层反射波，并转换为电信号输出。相比于电子检波器，干涉型光纤检波器具有灵敏度高、噪声低、带宽宽、动态范围大、抗电磁干扰等优点，因此得到了人们越来越多的青睐。

干涉型光纤检波器是基于光纤干涉仪原理构造的，通常利用弹性体作为转换媒介，将振动加速度所致应变施加到传感光纤上，引起光纤中的光波产生相位变化，此相位变化即代表被测加速度值，通过实时检测相位信息进而得到地震波波形，常用的光纤干涉仪有迈克尔逊(Michelson)和马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪。

现有的干涉型光纤检波器中主要采用推挽式结构，陈才和等人(顺变柱体全光纤双光路加速度地震检波器，专利号：CN03236644.2)在质量块上下设置两个顺变柱体，在每块顺变柱体上分别缠绕等长度的光纤，构成简谐振子；张文涛等人(推挽式光纤检波器，专利号：CN201110194952.8)利用膜片和质量块构成简谐振子，将传感光纤缠绕在支撑梁和质量块上。这些技术方案中，都是利用完全对称的结构和完全平衡的光路，从理论上消除横向干扰；然而实际制作中，由于零件加工误差、安装不对称、光纤长度不一致等因素影响，导致光纤检波器的横向灵敏度始终较大，而且这些光纤检波器还存在体积较大、制作工艺复杂等问题，因此，提高传感器抗横向干扰能力，减小传感器外形尺寸，降低制作工艺难度，是目前光纤检波器急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服以上技术方案中存在的缺陷和不足，本实用新型提供一种抗横向干扰的干涉型光纤检波器，具有横向灵敏度低、体积小、制作工艺简单等优势的光纤检波器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：所述一种抗横向干扰的干涉型光纤检波器，其特征在于：包括检波器外壳、输入光纤和输出光纤，在检波器外壳内设有弹性体、传感臂光纤、参考臂光纤、第一光纤反射镜、第二光纤反射镜和光纤耦合器，所述弹性体安装在检波器外壳底部中心位置，在弹性体上部套设有帽式质量块，所述传感臂光纤缠绕在弹性体上，其中一端与光纤耦合器的第一输出端连接，另一端与第一光纤反射镜连接，所述参考臂光纤缠绕在帽式质量块上，其中一端与光纤耦合器的第二输出端连接，另一端与第二光纤反射镜连接；在检波器外壳上开设有出缆孔，所述输入光纤和输出光纤穿过检波器外壳的出缆孔进入检波器外壳内，分别与光纤耦合器的第一输入端和第二输入端连接。

本实用新型进一步的技术方案：所述检波器外壳为金属外壳，在其顶部设有出缆孔，在其内腔底面中部呈环形分布有多个倒置L型扣槽；所述弹性体为圆柱形，其底部边缘对应分布有多个与倒置L型扣槽相匹配的凸扣，弹性体通过底部的多个凸扣与设置在检波器外壳内腔底面的多个倒置L型扣槽旋转卡接。

本实用新型较优的技术方案：所述弹性体顶部设有外螺纹，所述帽式质量块内部设有安装孔，安装孔上部设有内螺纹，帽式质量块套设在弹性体外，并通过其安装孔上部的内螺纹与弹性体上部的外螺纹螺纹连接。

本实用新型较优的技术方案：在弹性体中央部为设有传感臂光纤绕线槽，所述传感臂光纤缠绕在弹性体上的传感臂光纤绕线槽上，在帽式质量块外部设有参考臂光纤绕线槽，所述参考臂光纤缠绕在帽式质量块的参考臂光纤绕线槽内。

本实用新型较优的技术方案：所述弹性体采用聚砜树脂材料制成，所述帽式质量块采用黄铜材料制成，且所述弹性体与帽式质量块的中心线重合。

本实用新型较优的技术方案：在检波器外壳底部中央位置设有第一螺纹孔，所述倒置L型扣槽和凸扣均设置有六个，六个倒置L型扣槽以第一螺纹孔的中心点为圆心对称分布；在弹性体的底部中央位置设有第二螺纹孔，所述弹性体的第二螺纹孔与检波器外壳底部的第一螺纹孔相对应，在弹性体通过六个凸扣与检波器外壳上的六个倒置L型扣槽卡接后，再通过螺钉将插入第一螺纹孔和第二螺纹孔将弹性体与检波器外壳固定连接。

本实用新型较优的技术方案：所述传感臂光纤和参考臂光纤均采用包层直径80um的碳涂覆光纤制作；所述光纤耦合器采用分光比1:1的单模光纤耦合器；所述第一光纤反射镜和第二光纤反射镜均采用光纤法拉第磁旋镜。

本实用新型较优的技术方案：所述传感臂光纤长度与参考臂光纤长度不同，形成不平衡光纤迈克尔逊干涉仪光路。

本实用新型较优的技术方案：所述弹性体为直径15～40mm、高度20～45mm的中空圆柱形结构，每个凸扣均为长2～5mm、宽2～5mm、高3～8mm的凸块；所述传感臂光纤绕线槽为宽度10～25mm、深度0.5～2mm的环形凹槽。

本实用新型较优的技术方案：所述帽式质量块外径25～60mm、高度15～30mm，其中安装孔直径18～45mm、深度10～20mm，参考臂光纤绕线槽为宽度5～10mm、深度0.5～2mm的环形凹槽。

本实用新型具有以下有益效果：

1)本实用新型提供的这种干涉型光纤检波器，其质量块采用帽式结构，将弹性体插入帽式质量块内部，弹性体与帽式质量块两者中心线重合，这样构造不仅减小了传感器的外形尺寸，而且降低了质量块的重心位置，有效地提高了传感器抗横向干扰的能力；

2)本实用新型提供的这种干涉型光纤检波器，其弹性体与外壳采用旋转卡扣式结构和螺钉固定方式，这样构造不仅安装工艺简单，而且有效地限制了弹性体的横向扰动；

3)本实用新型提供的这种干涉型光纤检波器，其参考臂光纤缠绕在金属质量块上，可有效地避免参考臂光纤自由抖动带来的串扰影响；

4)本实用新型的述传感臂光纤和参考臂光纤均采用包层直径80um的碳涂覆光纤制作，具有弯曲损耗小、抗疲劳、寿命长等优点。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构剖视图；

图2是本实用新型的帽式质量块的结构示意图；

图3是本实用新型的帽式质量块的纵向剖面图；

图4是本实用新型的卡扣式弹性体的结构示意图。

图中：1—检波器外壳，1-1—出缆孔，1-2—倒置L型扣槽，1-3—第一螺纹孔，2—输入光纤，3—输出光纤，4—弹性体，4-1—传感臂光纤绕线槽，4-2—凸扣，4-3—第二螺纹孔，4-4—外螺纹，5—传感臂光纤，6—参考臂光纤，7—第一光纤反射镜，8—第二光纤反射镜，9—光纤耦合器，10—帽式质量块，10-1—参考臂光纤绕线槽，10-2—内螺纹。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加容易理解，以下结合具体实施例，并参照附图1、图2、图3和图4，对本实用新型作进一步详细说明。

如图1中的实施例所述的一种抗横向干扰的干涉型光纤检波器，包括金属检波器外壳1、输入光纤2和输出光纤3，在检波器外壳1内设有弹性体4、传感臂光纤5、参考臂光纤6、第一光纤反射镜7、第二光纤反射镜8和光纤耦合器9。所述检波器外壳1为金属外壳，在其顶部设有出缆孔1-1，所述输入光纤2和输出光纤3穿过检波器外壳1的出缆孔1-1进入检波器外壳1内，分别与光纤耦合器9的第一输入端和第二输入端连接。在检波器外壳1内腔底面中部呈环形分布有六个倒置L型扣槽1-2，在检波器外壳1底部中央位置设有第一螺纹孔1-3，六个倒置L型扣槽1-2以第一螺纹孔1-3的中心点为圆心对称分布；所述弹性体4安装在检波器外壳1底部中心位置。如图3所示，所述弹性体4为圆柱形中空结构，其底部边缘对应分布有六个与倒置L型扣槽1-2相匹配的凸扣4-2，弹性体4通过底部的六个凸扣4-2与设置在检波器外壳1内腔底面的六个倒置L型扣槽1-2形成旋转卡扣结构，并可旋转卡接。并在弹性体4的底部中央位置设有第二螺纹孔4-3，所述弹性体4的第二螺纹孔4-3与检波器外壳1底部的第一螺纹孔1-3相对应，在弹性体4通过六个凸扣4-2与检波器外壳1上的六个倒置L型扣槽1-2卡接后，再通过螺钉将插入第一螺纹孔1-3和第二螺纹孔4-3将弹性体4与检波器外壳1固定连接。加强卡扣式弹性体4与检波器外壳1之间的连接，提高传感器的抗横向干扰能力。

如图1中实施例所示的光纤检波器，在弹性体4上部套设有帽式质量块10，如图4所示，所述弹性体4顶部设有外螺纹4-4，如图3所示，所述帽式质量块10内部设有安装孔，安装孔上部设有内螺纹10-2，帽式质量块10套设在弹性体4外，并通过其安装孔上部的内螺纹与弹性体4上部的外螺纹螺纹连接，且所述弹性体4与帽式质量块10的中心线重合，使得传感器具有较小的尺寸，同时具有较高的抗横向干扰能力。如图4所示，在弹性体4中央部为设有传感臂光纤绕线槽4-1，如图2所示，在帽式质量块10外部设有参考臂光纤绕线槽10-1；如图1所示，所述传感臂光纤5缠绕在弹性体4上的传感臂光纤绕线槽4-1上，其中一端与光纤耦合器9的第一输出端连接，另一端与第一光纤反射镜7连接；所述参考臂光纤6缠绕在帽式质量块10的参考臂光纤绕线槽10-1内，其中一端与光纤耦合器9的第二输出端连接，另一端与第二光纤反射镜8连接。

附图实施例中的光纤检波器，其弹性体4采用聚砜树脂材料制成，具有较好的弹性形变特性；其帽式质量块10采用黄铜材料制成，在相同体积下具有较大的质量；其传感臂光纤5和参考臂光纤6均采用包层直径80um的碳涂覆光纤制作，具有弯曲损耗小、抗疲劳、寿命长等优点；其光纤耦合器9采用分光比1:1的单模光纤耦合器；其第一光纤反射镜7和第二光纤反射镜8均采用光纤法拉第磁旋镜。

附图实施例中的光纤检波器，其弹性体4为直径15～40mm、高度20～45mm的中空圆柱形结构，每个凸扣4-2均为长2～5mm、宽2～5mm、高3～8mm的凸块；传感臂光纤绕线槽4-1为宽度10～25mm、深度0.5～2mm的环形凹槽；其帽式质量块10外径25～60mm、高度15～30mm，其中安装孔直径18～45mm、深度10～20mm，参考臂光纤绕线槽10-1为宽度5～10mm、深度0.5～2mm的环形凹槽。

本实用新型的安装过程，具体以附图中的实施例为标准，实施例中的弹性体4为直径26mm、高度28mm的中空圆柱形结构，每个凸扣4-2均为长3mm、宽3mm、高5mm的凸块；传感臂光纤绕线槽4-1为宽度18mm、深度1mm的环形凹槽；其帽式质量块10外径32mm、高度18mm，其中安装孔直径28mm、深度14mm，参考臂光纤绕线槽10-1为宽度8mm、深度1mm的环形凹槽。其安装过程为：首先将传感臂光纤5和参考臂光纤6分别缠绕在卡扣式弹性体4的传感臂光纤绕线槽4-1和帽式质量块10的参考臂光纤绕线槽10-1上；然后将弹性体4顶部插入帽式质量块10内部的安装孔，并与帽式质量块10之间通过螺纹固定；最后将弹性体4底部的凸扣4-2与检波器外壳1底部的倒置L型卡槽1-2通过旋转卡接，卡接后弹性体4底部的第二螺纹孔4-3与检波器外壳1底部的第一螺纹孔1-3相对应，然后安装一个M4沉头螺钉，并通过M4沉头螺钉将弹性体4与检波器外壳1固定连接，加强弹性体4与检波器外壳1之间连接，提高传感器的抗横向干扰能力。本实用新型中所述传感臂光纤5其中一端与光纤耦合器9的第一输出端连接，另一端与第一光纤反射镜7连接；所述参考臂光纤6缠绕在帽式质量块10的参考臂光纤绕线槽10-1内，其中一端与光纤耦合器9的第二输出端连接，另一端与第二光纤反射镜8连接；其中，所述传感臂光纤长度与参考臂光纤长度不同，形成不平衡光纤迈克尔逊干涉仪光路。输入光纤2和输出光纤3穿过检波器外壳1的出缆孔1-1进入检波器外壳1内，分别与光纤耦合器9的第一输入端和第二输入端连接。

本实用新型的工作原理为，将检波器外壳1通过螺纹或胶粘等方式固定在待测物体上，当物体产生上下振动时，由于惯性力的作用，帽式质量块10将引起弹性体4产生膨胀或收缩变形，导致缠绕在传感臂光纤绕线槽4-1的传感臂光纤5长度变化，而缠绕在帽式质量块10的参考臂光纤6长度不变，因此不平衡光纤迈克尔逊干涉仪的干涉相位发生变化，通过检测此相位信息即可得到物体振动信号；当物体产生水平振动时，由于弹性体4与帽式质量块10的中心线重合，弹性体4仅产生左右弯曲变形，理论上不引起缠绕在传感臂光纤绕线槽4-1的传感臂光纤5长度变化，且帽式质量块10的重心较低，可降低实际加工、安装等工艺过程中引起的偏差影响，从而提高传感器的抗横向干扰能力。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其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和简化描述，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。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，只是本实用新型的一个实施例，以上所述实施例仅表达了本申请的其中一种方案，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。