專利名稱：一種光纖拖纜檢波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖水聲傳感器，特別是涉及一種適合于構(gòu)成光纖拖曳陣列的相位干涉型光纖水聲傳感器。
背景技術(shù)：
在海上地震勘探數(shù)據(jù)采集和油藏監(jiān)測技術(shù)中，由多路復(fù)用水聽器構(gòu)成的海上拖纜檢波器陣列占據(jù)了極為重要的位置。早期的水聲傳感器是采用壓電陶瓷和PVDF制成的壓電水聽器，經(jīng)過近30年的研究，至今已有幾十種不同類型的光纖水聲傳感器系統(tǒng)問世。研究認(rèn)為，在強(qiáng)度型、偏振型和相位干涉型三種光纖水聲傳感器中，相位干涉型光纖水聲傳感器適合于作為光纖拖纜檢波器構(gòu)成拖纜檢波器陣列。
相位干涉型的光纖拖纜檢波器利用光纖干涉儀的原理來檢測聲壓信號(hào)，典型的光纖干涉儀原理框圖如圖1所示，由光源100發(fā)出的光經(jīng)第一光纖耦合器101以后一分為二，兩路光分別通過參考臂光纖102和信號(hào)臂光纖103傳輸，而后在第二光纖耦合器104位置發(fā)生干涉，干涉光的幅度與信號(hào)光及參考光的幅度均有關(guān)系，其相位為兩臂光相位之差，干涉光由光電轉(zhuǎn)換器105轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。轉(zhuǎn)換所得的電信號(hào)的強(qiáng)度與干涉光的光強(qiáng)成正比，即與干涉光的幅度和相位同時(shí)相關(guān)。當(dāng)信號(hào)臂光纖103的光相位改變，而參考臂光纖102的光相位保持不變的時(shí)候，干涉光的相位改變，從而影響輸出電信號(hào)的強(qiáng)度變化。信號(hào)臂光纖103和參考臂光纖102均可分為傳導(dǎo)用的傳導(dǎo)段和用于接收聲壓信號(hào)的傳感段(圖中螺旋狀的一段)。
現(xiàn)有的相位干涉型光纖水聲傳感器的光纖耦合器及傳導(dǎo)段光纖不處于同一個(gè)封閉空腔之內(nèi)，外界聲壓及各種干擾對(duì)光纖耦合器及傳導(dǎo)段光纖的作用不能忽略，聲壓信號(hào)對(duì)整個(gè)檢波器的作用不能充分集中在傳感段光纖上，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信噪比。另外，參考臂和信號(hào)臂光纖傳感段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還不能充分地消除噪聲和外界干擾，也不利于對(duì)微弱信號(hào)的檢測能力和信噪比的提高。最后，現(xiàn)有光纖拖纜檢波器的光纖探頭不能互換，造成了連接、拆換和維修的不方便。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖拖纜檢波器，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信噪比。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種光纖拖纜檢波器，包括一剛性容器、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器，以及兩端分別連接到該第一、第二光纖耦合器的信號(hào)臂光纖和參考臂光纖，其特征在于，所述剛性容器為一留有光纖出入口的封閉體，所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳感段纏繞在所述剛性容器外，所述第一、第二光纖耦合器和所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳導(dǎo)段均設(shè)置在所述剛性容器內(nèi)。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)所述剛性容器為圓筒狀，所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳感段以同芯串聯(lián)的結(jié)構(gòu)纏繞在所述剛性容器的外周上。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)所述信號(hào)臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設(shè)有一柔性內(nèi)襯，而所述參考臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設(shè)有一剛性內(nèi)襯。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)所述信號(hào)臂和參考臂的光纖均采用非保偏單模光纖。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)所述信號(hào)臂光纖采用比普通非保偏單模光纖對(duì)聲壓更敏感的光纖。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)還包括分別通過一路光纖與該第一、第二光纖耦合器連接的兩個(gè)光纖接頭，所述第一、第二光纖耦合器相同，所述兩個(gè)光纖接頭的另一端可分別連接光源或光電探測器。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的總長度相同。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)所述參考臂光纖的傳感段外還包附了一隔隔音層。
進(jìn)一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點(diǎn)其外表面包覆了一層透聲橡膠層。
由上可知，本實(shí)用新型光纖拖纜檢波器的光纖耦合器及傳導(dǎo)段光纖均內(nèi)置于剛性支撐筒內(nèi)的空腔，聲壓信號(hào)對(duì)整個(gè)檢波器的作用集中在傳感段光纖上，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信噪比。進(jìn)一步地，參考臂光纖和信號(hào)臂光纖采用同芯串聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了檢波器的信噪比；信號(hào)臂光纖采用對(duì)聲壓敏感的特種光纖，纏繞在柔性內(nèi)襯上，而在參考臂光纖外包附一隔音層，并纏繞在剛性內(nèi)襯上，這些結(jié)構(gòu)及材料的改進(jìn)可提高對(duì)微弱信號(hào)的檢測能力；本實(shí)用新型檢波器的兩個(gè)光纖探頭還可具有互易性，連接簡單，便于維修。


圖1是典型的光纖干涉儀原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例光纖拖纜檢波器的橫截面圖。
具體實(shí)施方式
圖2示出了本實(shí)施例光纖拖纜檢波器的橫截面圖，其主要部件包括剛性支撐筒1、底蓋2、套筒3、頂蓋4、剛性內(nèi)襯5、柔性內(nèi)襯6、隔音層7、透聲橡膠層8、參考臂光纖9、信號(hào)臂光纖10、第一光纖耦合器11、第二光纖耦合器12、第一光纖接頭13、第二光纖接頭14、第一路光纖15、第二路光纖16、耦合器固定板17。其中中空的剛性支撐筒1靠螺釘分別與底蓋2、套筒3連接，對(duì)整個(gè)檢波器起支撐和銜接作用。剛性支撐筒1側(cè)壁上開有槽18，光纖可通過槽18從筒內(nèi)的空腔穿到筒外。套筒3和頂蓋4通過螺釘連接。套筒3為中空，頂蓋4上開有圓孔19供光纖穿過。剛性支撐筒1、底蓋2、套筒3和頂蓋4共同構(gòu)成了留有光纖出入口的圓筒狀的剛性容器。
剛性內(nèi)襯5及柔性內(nèi)襯6的內(nèi)徑與剛性支撐筒1的外徑接近相等以使其緊貼。柔性內(nèi)襯6用柔性材料(如橡膠、尼龍、聚碳酸脂塑料)制成，用作聲信號(hào)采集的信號(hào)臂光纖10纏繞其上，柔性內(nèi)襯6有助于增強(qiáng)聲場對(duì)信號(hào)臂光纖10的影響作用。剛性內(nèi)襯5用金屬或其他剛性材料制成，參考臂光纖9(參考用，不與聲信號(hào)作用)纏繞其上，剛性內(nèi)襯5有助于將聲場對(duì)參考臂光纖9的影響減至最小。
信號(hào)臂光纖10和參考臂光纖9纏繞在柔性內(nèi)襯6和剛性內(nèi)襯5上的部分屬于傳感段的光纖，兩路光纖的傳感段的左端分別穿過槽18與空腔中第二光纖耦合器12左端的兩個(gè)支路分別相連，而右端則穿過槽18與空腔中的第一光纖耦合器11左端的兩個(gè)支路分別相連，傳感段光纖到光纖耦合器之間的屬于傳導(dǎo)段的光纖。第一、第二光纖耦合器11和12用內(nèi)置的耦合器固定板17固定在空腔內(nèi)，固定板17則用膠結(jié)或沉頭螺釘?shù)确椒ü潭ㄔ趧傂灾瓮?上。
第一、第二光纖耦合器11和12的右端分支分別與第一、第二路光纖15、16相連，第一、第二路光纖15、16穿過套筒3及頂蓋4上的開孔分別與第一、第二光纖接頭13和14相連。第一、第二光纖接頭13和14在結(jié)構(gòu)上是互易的，它們用于連接光源(激光器)和光電探測器。
為更清楚的說明各部件的功能和關(guān)系，不防設(shè)第一光纖接頭13與檢波器外的光源連接，第二光纖接頭14就應(yīng)與光電探測器連接，則第一光纖耦合器11的作用就是將光源的光信號(hào)分為兩路分別送入信號(hào)臂光纖10和參考臂光纖9，而第二光纖耦合器12的作用是將信號(hào)臂光纖10和參考臂光纖9的光合成一路并發(fā)生干涉，干涉光從第二路光纖16經(jīng)第二光纖接頭14傳入光電探測器，光電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電流。此電流包含聲場壓力信號(hào)的信息，可通過后續(xù)處理電路處理得到。
本實(shí)施例中使用的傳導(dǎo)光纖和傳感光纖均為非保偏單模光纖，纏繞在柔性內(nèi)襯6上的信號(hào)臂光纖10采用一種對(duì)聲壓信號(hào)敏感的特種光纖，其涂敷層和普通非保偏單模光纖的涂敷層在材料和厚度方面均有不同。纏繞在剛性內(nèi)襯5外的參考臂光纖9為普通非保偏單模光纖。
在本實(shí)用新型中，位于第一光纖耦合器11和第二光纖耦合器12之間的兩路光纖的總長度應(yīng)保持相同，誤差在毫米量級(jí)。此外，參考臂光纖9外還包附了一隔音材料制成的薄的隔音層7，以削弱作用在參考臂光纖9上的外界聲壓。透聲橡膠層8與信號(hào)臂光纖10和隔音層7緊貼并成形為檢波器的外表面，起到對(duì)檢波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和光纖的保護(hù)及密封作用，同時(shí)外界聲壓可以幾乎無損地通過透聲橡膠層8作用在信號(hào)臂光纖10上并引起光相位的變化。
綜上所述，本實(shí)施例光纖拖纜檢波器具有以下優(yōu)點(diǎn)1)本實(shí)施例的光纖耦合器及傳導(dǎo)段光纖均內(nèi)置于剛性支撐筒內(nèi)的空腔，檢波器構(gòu)成一個(gè)封閉的整體。使得外界聲壓及各種干擾對(duì)光纖耦合器及傳導(dǎo)段光纖的作用可以忽略，聲壓信號(hào)對(duì)整個(gè)檢波器的作用集中在傳感段光纖上，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信噪比。
2)本實(shí)施例的參考臂和信號(hào)臂采用同芯串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲恢玫目臻g相似性，外界干擾和噪聲信號(hào)對(duì)參考光纖和傳感光纖的影響基本一致，則其作用可以基本被消除，提高了檢波器的信噪比。例如，外界溫度變化及隨機(jī)振動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致光纖產(chǎn)生隨機(jī)相位噪聲，因?yàn)楸緦?shí)用新型采用的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的空間對(duì)稱性和相似性，信號(hào)臂和參考臂光纖產(chǎn)生的相位變化幾乎相同，這樣干涉光的相位就基本上沒有變化，從而達(dá)到了對(duì)外界溫度和隨機(jī)振動(dòng)的不敏感，減小了噪聲。
3)本實(shí)施例檢波器的信號(hào)臂光纖纏繞在柔性內(nèi)襯上，有助于增強(qiáng)聲場對(duì)光纖的影響作用；而參考臂光纖纏繞在剛性內(nèi)襯上，有助于將聲場對(duì)光纖的影響減至最小。此外，信號(hào)臂光纖采用對(duì)聲壓敏感度高的光纖，而在參考臂光纖采用包附一隔音層，這些結(jié)構(gòu)及材料的改進(jìn)減小了作用到參考臂光纖上的聲壓，使得本實(shí)施例檢波器與其他相位干涉型光纖檢波器相比，在作用光纖長度相同的情況下，靈敏度更高，提高了微弱信號(hào)檢測能力。
4)本實(shí)施例檢波器結(jié)構(gòu)一體化，體積較小，與光源及光電檢測器相連的兩個(gè)光纖接頭具有互易性，連接簡單。應(yīng)用中如出現(xiàn)問題，可方便的拆換，便于維修。
5)本檢波器所用到的組件和材料都比較常見，成本低，使大規(guī)模的組陣和實(shí)用成為可能。
權(quán)利要求1.一種光纖拖纜檢波器，包括一剛性容器、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器，以及兩端分別連接到該第一、第二光纖耦合器的信號(hào)臂光纖和參考臂光纖，其特征在于，所述剛性容器為一留有光纖出入口的封閉體，所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳感段纏繞在所述剛性容器外，所述第一、第二光纖耦合器和所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳導(dǎo)段均設(shè)置在所述剛性容器內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述剛性容器為圓筒狀，所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳感段以同芯串聯(lián)的結(jié)構(gòu)纏繞在所述剛性容器的外周上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號(hào)臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設(shè)有一柔性內(nèi)襯，而所述參考臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設(shè)有一剛性內(nèi)襯。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號(hào)臂和參考臂的光纖均采用非保偏單模光纖。
5.如權(quán)利要求4所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號(hào)臂光纖采用比普通非保偏單模光纖對(duì)聲壓更敏感的光纖。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，還包括分別通過一路光纖與該第一、第二光纖耦合器連接的兩個(gè)光纖接頭，所述第一、第二光纖耦合器相同，所述兩個(gè)光纖接頭的另一端可分別連接光源或者光電探測器。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的總長度相同。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述參考臂光纖的傳感段外還包附了一隔隔音層。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，其外表面包覆了一層透聲橡膠層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光纖拖纜檢波器，包括一剛性容器、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器，以及兩端分別連接到該第一、第二光纖耦合器的信號(hào)臂光纖和參考臂光纖，其特征在于，所述剛性容器為一留有光纖出入口的封閉體，所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳感段纏繞在所述剛性容器外，所述第一、第二光纖耦合器和所述信號(hào)臂光纖和參考臂光纖的傳導(dǎo)段均設(shè)置在所述剛性容器內(nèi)。本實(shí)用新型的光纖拖纜檢波器可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信噪比，提高對(duì)微弱信號(hào)的檢測能力，連接簡單，便于維修。
文檔編號(hào)G01V1/16GK2775685SQ20052000872
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者廖延彪, 朱耀強(qiáng), 趙偉, 陳平, 賴淑蓉, 張敏, 王子秋, 唐進(jìn), 董立軍, 廖茂, 匡武, 王澤涵, 李欣彤 申請(qǐng)人:中海油田服務(wù)股份有限公司, 中海石油研究中心