专利名称：具有光导纤维检测器的振动测量装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种振动测量装置，特别是具有光导纤维检测器的振动测量装置，涉及物理测量仪器领域。
解决上述技术问题所采用的技术方案是一种振动测量装置，包括发光二极管、光敏二极管、电压放大器及驱动输出，其特征是由发光二极管与恒流源电路组成发光二极管电路，由光敏二极管与电流电压变换器组成光强电流变换器，电流电压变换器、电压放大器、驱动输出依次串联，另有一光导纤维检测器，在该检测器中，缠绕在支撑物上的光导纤维入端与发光二极管直接相连，光导纤维的出端与光敏二极管直接相连，该检测器中的底座和感应物相互连接并将缠绕在支撑物上的光导纤维紧压在其间，支撑物的顶、底部设置有凸块，底座和感应物上与该凸块的对应处分别设有凹槽。
本装置的工作原理是光导纤维(简称为光纤)受到外界振动的作用时，光纤内部的折射率梯度发生变化，导致光纤内光束的反射和衍射发生变化，从而引起通过光纤的光强发生改变，检测该光强的变化量即可知晓和测量该振动。
在感应物上、在光导纤维的入端和出端通过的贯通孔的对称处，各增设一孔。
也可以在支撑物上的光导纤维缠绕处设置凹形槽。
也可以使所述的发光二极管为激光二极管。
与现有技术相比，本发明具有如下优点1、光束在光纤中的传播速度块，因而对振动产生的相应的光强变化响应快，进而能测量到的振动频带宽(由1～200HZ左右提高至0.1～800Hz左右)。
2、由于本装置可测知的光纤内光强变化的范围大，因而可测量的振幅其动态范围大(由40dB提高至80dB)。
3、在检测振动时，光纤产生的位移量小且相应的位移点均有相应的光强值对应，另外光强的变化量为线性，从而使信号的畸变小(畸变指标为0.02％～0.01％)，进而使得整个装置的畸变减小。
4、振动信号甚至微弱振动信号(其级别为10-4g)引起光纤内的光强变化量均能被光敏二极管接受，因此该装置的灵敏度高。
在感应物上各增设一孔，可使作用在每个光纤接触点上的压力均衡，使光强的变化量始终保持线性，进而又使畸变减小(使畸变指标为＜0.01％)。
支撑物上设置凹形槽，使光纤能在预定的准确位置均匀缠绕，进而使振动对光纤的作用点均匀，进一步提高本装置的灵敏度。
发光二极管改为激光二极管则使所发出的光束波长带宽变窄，进而使光敏二极管接受的光束波长带宽变窄，降低光敏二极管的电子噪声，从而使本装置测量振动的动态范围增大(由80dB提高至100dB)。
图2为
图1所示本发明的主剖视构造示意图，图中的双点划线为支撑物上光纤的示意位置。
图3为图2所示的光纤缠绕及其支撑物的俯视图。
图4为图3A-A截面的局部剖视放大示意图。
图5为图2所示的感应物的俯视图。
上述发明在图2所示的构造示意图中，光导纤维检测器的光导纤维(其直径φ为2.2mm、折射率为1.59的塑料多模光纤)通过设置在支撑物上、与光纤形状相应吻合的凹形槽30(图4所示)，呈螺旋状均匀、紧紧地缠绕在环状支撑物上，其圈数n＝5.5，环状支撑物的圆环直径d＝25mm，底座和感应物通过位于两者中心处的螺栓20及压缩弹簧27相互连接并将该光导纤维紧压在其间，底座和感应物的弧形面使两者与光纤为点接触，支撑物的顶、底部各设置有三个均布的凸块19，顶、底部的凸块位置交错(图3所示)，底座和感应物上与该凸块的对应处分别设有凹槽16，(图2所示)，凸块位置的交错便于光纤的均匀缠绕，凸块与凹槽的设置则可限制感应物与支撑物的水平位移，防止感应物与本装置的外壳15、螺栓发生碰撞，以使感应物所感应的振动能够不失真地传导到光纤，在感应物上、在光纤的入端和出端通过的贯通孔25、26的对称处各增设一孔29、28(图5所示)。发光二极管和光敏二极管通过屏蔽短线连接至焊接有恒流源电路、电流电压变换器、电压放大器及驱动输出的电路板21上，该电路板通过三个均布的螺钉22连接并固定在感应物之上(图5中的螺孔31所示)，光纤穿过感应物的入端接口和出端接口分别与发光二极管和光敏二极管相连接。与底座以螺纹相连接的外壳，其顶端以螺纹连接有盖板13，与电路板相连的、驱动输出的信号输出线线束23及供给直流电的电源线线束24分别经盖板上的中心孔14引出及引入。
本装置外壳的直径D＝94.5mm，总高H＝89mm，各主要元器件及运行时的主要参数为所用的发光二极管(最大电流为25mA，峰值波长为830nm)，光敏二极管(敏感峰值波长为830nm，暗电流为1μA)，感应物的质量为540克，电压放大器的放大倍数为100，恒流源电路中产生的恒定电流为直流22mA。本测量装置的加速度灵敏度高于现有的测量装置，其值为0.35V/cm·S-2，主频为170Hz(现有装置一般为35Hz)，动态范围为70dB。
图1、图2所示的振动测量装置用于地震勘探为例以该装置底座的底面置于被测地层所处的地面上，并使该装置与该地面紧密耦合，利用人工激发产生地震波，该地震波即振动传入地下，遇不同的地层后反射至地面，垂直于底座底面方向的振动通过底座传入，藉助连接的螺栓与压缩弹簧也使感应物与底座之间产生相当振动，从而使底座与感应物对光纤产生相应的压力变化，进而又使通过光纤的光强发生改变，并最终产生相应的、放大的电压信号输入到驱动输出并将该电压信号通过有线或无线输出。
与本装置连用的遥测数字地震仪(SN388)，采集设置在该被测地层地面上各个点处本装置输出的电压信号，然后一起记录在磁带上，并将该磁带上对应的数据送入计算机，由计算机处理成可以观察到的、地表以下某深度的地层分布结构剖面，从而完成所要求的地质勘探任务。
与常规使用地震检波器(SN4-10)连用遥测数字地震仪(SN388)相比较，使用本装置所得出的地层分布结构剖面的子波宽度窄，连续性好，有助于进行高分辨率和高精度的地震勘探，其深部地层的分布结构剖面清晰，有利于深部地层的地质勘探。
权利要求
1.一种振动测量装置，包括发光二极管、光敏二极管、电压放大器及驱动输出，其特征是由发光二极管与恒流源电路组成发光二极管电路，由光敏二极管与电流电压变换器组成光强电流变换器，电流电压变换器、电压放大器、驱动输出依次串联，另有一光导纤维检测器，在该检测器中，缠绕在支撑物上的光导纤维入端与发光二极管直接相连，光导纤维的出端与光敏二极管直接相连，该检测器中的底座和感应物相互连接并将缠绕在支撑物上的光导纤维紧压在其间，支撑物的顶、底部设置有凸块，底座和感应物上与该凸块的对应处分别设有凹槽。
2.根据权利要求1所述的振动测量装置，其特征是在感应物上、在光导纤维的入端和出端通过的贯通孔的对称处，各增设一孔。
3.根据权利要求1所述的振动测量装置，其特征是在支撑物上的光导纤维缠绕处设置凹形槽。
4.根据权利要求1所述的振动测量装置，其特征是所述的发光二极管为激光二极管。
5.根据权利要求1所述的振动测量装置，其特征是在感应物上、在光导纤维的入端和出端通过的贯通孔的对称处，各增设一孔，在支撑物上的光导纤维缠绕处设置凹形槽，所述的发光二极管为激光二极管。
6.根据权利要求2所述的振动测量装置，其特征是在支撑物上的光导纤维缠绕处设置凹形槽。
7.根据权利要求2所述的振动测量装置，其特征是所述的发光二极管为激光二极管。
8.根据权利要求3所述的振动测量装置，其特征是所述的发光二极管为激光二极管。
全文摘要
一种振动测量装置,涉及物理测量仪器领域,该装置有一光导纤维检测器,其缠绕在支撑物上的光导纤维入端与发光二极管直接相连,光导纤维的出端与光敏二极管直接相连,底座与感应物相互连接并将光导纤维紧压在其间,支撑物的顶、底部设置凸块,底座和感应物上的对应处分别设有凹槽,本装置测量振动的频带宽、振幅的动态范围大、畸变小,灵敏度高,从而使振动测量装置的应用领域大大扩展。
文档编号G01H1/00GK1363823SQ0210397
公开日2002年8月14日 申请日期2002年3月1日 优先权日2002年3月1日
发明者谭成忠, 张建敏, 郑景翔 申请人:北京星迪震洋光纤科技发展有限公司