專利名稱：基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種監(jiān)測裝置，尤其是涉及一種基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
目前，一種普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為地震時(shí)由構(gòu)成地殼的多個(gè)板塊相互擠壓使板塊間的巖層破裂造成的，由于構(gòu)成地殼的結(jié)構(gòu)和成分比較復(fù)雜，所以在地震前出現(xiàn)的征兆也不盡相同，所以對地震的監(jiān)測參數(shù)選擇也是多種多樣，氫氣在地殼中廣泛存在，并被實(shí)際監(jiān)測證明是地震預(yù)報(bào)中最靈敏的化學(xué)組分之一，與地震具有較強(qiáng)的對應(yīng)性，特別是在短期臨震階段具有較強(qiáng)的指示性。氫氣分子由于是最小的分子結(jié)構(gòu)，所以具有很強(qiáng)的滲透能力，在土壤氣中氫氣的背景值為0. 5ppm，但在地震的臨震短期階段，由于地層中的巖石承受的應(yīng)力已接近極限狀態(tài)，巖石內(nèi)部開始出現(xiàn)微裂紋，從而使地層深部的氫氣大量釋放并沿著各種渠道上升至地表，使地層中的氫氣濃度突然增大，一般增加的幅值為背景值的數(shù)倍、數(shù)十倍至數(shù)萬倍，只要監(jiān)測到該變化就可以預(yù)示著有地震的可能?，F(xiàn)有的監(jiān)測氫氣濃度變化的儀器主要是鈀銀合金氫氣傳感裝置和氣相色譜-熱導(dǎo)檢測裝置，兩者檢測的氫氣極限分別是< 30ppm和< lOppm，這顯然無法滿足對地層氫氣濃度的檢測，并且該設(shè)備操作復(fù)雜、成本高、不能做到分布式監(jiān)測，只能給大的地震監(jiān)測臺站配備，使氫氣監(jiān)測點(diǎn)太少，而無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析比較，從而影響了對地震的監(jiān)測效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，實(shí)用價(jià)值高，適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離分布式監(jiān)測，能有效較大區(qū)域的測量地層中氫氣濃度的變化。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于包括埋于待監(jiān)測地層中的傳感光纜以及與傳感光纜相接的測試單元和與測試單元相接的處理單元，所述傳感光纜由多個(gè)柔性節(jié)段和多個(gè)硬性節(jié)段交替連接而成，所述傳感光纜中至少穿設(shè)有一根信號光纖，所述信號光纖位于柔性節(jié)段和硬性節(jié)段的內(nèi)部，所述信號光纖中至少有一端與測試單元相接，所述柔性節(jié)段由外護(hù)套一和套設(shè)在外護(hù)套一內(nèi)部的柱體一組成，所述硬性節(jié)段包括外護(hù)套二和套設(shè)在外護(hù)套二內(nèi)部的柱體二，所述柱體二與外護(hù)套二之間設(shè)置有剛性護(hù)套，所述柱體一和柱體二的中心沿軸線方向上設(shè)置有加強(qiáng)件，所述柱體一和柱體二的內(nèi)部均開設(shè)有凹槽，所述信號光纖穿設(shè)在凹槽中，所述柱體二的凹槽內(nèi)側(cè)相對的兩個(gè)面上分別設(shè)置有變形齒一和變形齒二，所述變形齒一與變形齒二之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述信號光纖位于變形齒一與變形齒二之間，所述變形齒一和變形齒二均為氫敏變形齒，或者所述變形齒一和變形齒二的內(nèi)表面上均鍍覆有氫敏層。上述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于所述氫敏變形齒為金屬鎳變形齒、金屬鈀變形齒、金屬鉬變形齒、鈀的合金變形齒、鉬的合金變形齒或鎳的合金變形齒；所述氫敏層為金屬鎳層、金屬鈀層、金屬鉬層、鈀的合金層、鎳的合金層或鉬的合金層ο上述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于所述柔性節(jié)段內(nèi)部設(shè)置有光反射裝置，所述信號光纖的一端通過光纜與測試單元相接，所述光纜上設(shè)置有Ix 2光分路器，所述信號光纖的另一端連接光反射裝置。上述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于所述凹槽在柱體一和柱體二上均呈連續(xù)布設(shè)，所述凹槽的形狀為直線形、螺旋形或者SZ曲線形。上述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于所述外護(hù)套一為高分子波紋管或金屬波紋管。上述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于所述外護(hù)套二表面上布設(shè)有透氣孔，所述透氣孔與凹槽相連通。上述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于所述信號光纖為外部包有多層保護(hù)層的光纖，所述信號光纖外還包覆有一層防水材料層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單、加工制作簡便、投入成本低且使用方式靈活、靈敏度高。2、本裝置中所使用的傳感光纜埋入適當(dāng)?shù)牡貙又?，光纜的長度根據(jù)需要可以是數(shù)公里或數(shù)十公里，從而可以檢測到大范圍地層中氫氣濃度的變化，又由于公里距離長，從而使氫氣濃度在大范圍的小幅變化也可以被檢測到，提高了監(jiān)測的靈敏度。3、測試精度高，安裝布設(shè)方便。4、功能完善，可以通過在光纜中安置第二、第三個(gè)信號光纖以及具有其它功能材料的變形齒可以監(jiān)測其它參數(shù)，如地層中的濕度等，以便更好的分析地層變化的狀況。5、選用普通的通信光纖以及常規(guī)的測試儀器如光源-光功率計(jì)或光時(shí)域反射計(jì)就可以完成包括氫氣濃度在內(nèi)的多個(gè)地層參數(shù)的監(jiān)測，從而可以大幅度降低整個(gè)裝置的成本，利于推廣使用。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，實(shí)用價(jià)值高，能有效監(jiān)測地層中氫分子濃度的變化情況，具有廣闊的應(yīng)用前景。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例1中柔性節(jié)段和硬性節(jié)段的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中A-A的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖2中B-B的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明
1-光纜；
3-變形齒一； 6-信號光纖； 10-硬性節(jié)段；
4-變形齒二 ； 7-處理單元； 12-柔性節(jié)段 15-1-柱體一 18-剛性護(hù)套5-測試單元；9-傳感光纜； 13-1-夕卜護(hù)套一；
13-2-外護(hù)套二 ；15-2-柱體二；19-氫敏層；
16-加強(qiáng)件； 20-凹槽；
45-1 X 2光分路器；46-光反射裝置。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1、2、3和4所示的一種基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，包括埋于待監(jiān)測地層中的傳感光纜9以及與傳感光纜9相接的測試單元5和與測試單元5相接的處理單元7，所述傳感光纜9由多個(gè)柔性節(jié)段12和多個(gè)硬性節(jié)段10交替連接而成，所述傳感光纜9中至少穿設(shè)有一根信號光纖6，所述信號光纖6位于柔性節(jié)段12和硬性節(jié)段10的內(nèi)部，所述信號光纖6中至少有一端與測試單元5相接，所述柔性節(jié)段12由外護(hù)套一 13-1 和套設(shè)在外護(hù)套一 13-1內(nèi)部的柱體一 15-1組成，所述硬性節(jié)段10包括外護(hù)套一二 13-2 和套設(shè)在外護(hù)套二 13-2內(nèi)部的柱體二 15-2，所述柱體二 15-2與外護(hù)套二 13_2之間設(shè)置有剛性護(hù)套18，所述柱體一 15-1和柱體二 15-2的中心沿軸線方向上設(shè)置有加強(qiáng)件16，所述柱體一 15-1和柱體二 15-2的內(nèi)部均開設(shè)有凹槽20，所述信號光纖6穿設(shè)在凹槽20中，所述柱體二 15-2的凹槽20內(nèi)側(cè)相對的兩個(gè)面上分別設(shè)置有變形齒一 3和變形齒二 4，所述變形齒一 3與變形齒二 4之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述信號光纖6位于變形齒一 3與變形齒二 4之間，所述變形齒一 3和變形齒二 4均為氫敏變形齒，或者所述變形齒一 3和變形齒二 4 的內(nèi)表面上均鍍覆有氫敏層19。本實(shí)施例中，所述凹槽20在柱體一 15-1和柱體二 15-2上均呈連續(xù)布設(shè)，所述凹槽20的形狀為直線形、螺旋形或者SZ曲線形；柔性節(jié)段12和硬性節(jié)段10共用同一加強(qiáng)件 16，剛性護(hù)套18用以保證在傳感裝置彎曲時(shí)硬性節(jié)段不會有顯著影響。所述氫敏變形齒為金屬鎳變形齒、金屬鈀變形齒、金屬鉬變形齒、鈀的合金變形齒、鎳的合金變形齒或鉬的合金變形齒；所述氫敏層19為金屬鎳層、金屬鈀層、金屬鉬層、鈀的合金層、鎳的合金層或鉬的合金層，氫敏層19是在氫氣濃度變化后，該材料的體積隨之變化的材料，其具有吸收周圍氫分子的功能，并在氫氣濃度下降時(shí)有解吸能力，并且其體積隨著吸附氫分子的多少而變化，例如由鈀銀合金構(gòu)成的變形齒或在變形齒表面鍍覆有鈀銀合金層會隨著氫氣濃度的變化，變變形齒的高度也變化，硬性節(jié)段10內(nèi)部的相對兩個(gè)面上布設(shè)的多個(gè)變形齒一 3與變形齒二 4之間的距離變化，變形齒一 3與變形齒二 4之間的距離變化導(dǎo)致夾持于兩者之間的信號光纖6彎曲曲率變化，信號光纖6彎曲曲率變化使信號光纖6內(nèi)部產(chǎn)生的光信號功率變化，這時(shí)測試單元5測得該變化信息并傳遞給處理單元7，處理單元7經(jīng)計(jì)算得出氫氣濃度的變化，達(dá)到監(jiān)測目的。所述硬性節(jié)段10的柱體二 15-2由低膨脹系數(shù)材料構(gòu)成，在硬性節(jié)段10內(nèi)部的相對兩個(gè)面上布設(shè)的變形齒一 3和變形齒二 4均由低膨脹系數(shù)材料構(gòu)成，這樣可以消減溫度變化對測試結(jié)果的影響。所述外護(hù)套一 13-1為高分子波紋管或金屬波紋管，所述外護(hù)套二13-2表面上布設(shè)有透氣孔，所述透氣孔與凹槽20相連通。所述信號光纖6為外部包有多層保護(hù)層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等，也可以是塑料光纖、多芯光纖、細(xì)徑光纖或光子晶體光纖，所述信號光纖6外還包覆有一層防水材料層。實(shí)施例2如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是所述柔性節(jié)段12內(nèi)部設(shè)置有光反射裝置46，所述信號光纖6的一端通過光纜1與測試單元5相接，所述光纜1上設(shè)置有1x2光分路器45，所述信號光纖6的另一端連接光反射裝置46，這樣可以使光信號兩次通過傳感區(qū)域，使傳感精度提高一倍。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于包括埋于待監(jiān)測地層中的傳感光纜(9)以及與傳感光纜(9)相接的測試單元( 和與測試單元( 相接的處理單元(7)，所述傳感光纜(9)由多個(gè)柔性節(jié)段(1 和多個(gè)硬性節(jié)段(10)交替連接而成， 所述傳感光纜(9)中至少穿設(shè)有一根信號光纖(6)，所述信號光纖(6)位于柔性節(jié)段(12) 和硬性節(jié)段(10)的內(nèi)部，所述信號光纖(6)中至少有一端與測試單元( 相接，所述柔性節(jié)段(1 由外護(hù)套一(13-1)和套設(shè)在外護(hù)套一(13-1)內(nèi)部的柱體一(15-1)組成，所述硬性節(jié)段(10)包括外護(hù)套二(13- 和套設(shè)在外護(hù)套二(13- 內(nèi)部的柱體二(15-2)，所述柱體二(15- 與外護(hù)套二(13- 之間設(shè)置有剛性護(hù)套(18)，所述柱體一(15-1)和柱體二 (15-2)的中心沿軸線方向上設(shè)置有加強(qiáng)件(16)，所述柱體一(15-1)和柱體二(15- 的內(nèi)部均開設(shè)有凹槽(20)，所述信號光纖(6)穿設(shè)在凹槽00)中，所述柱體二(15- 的凹槽 (20)內(nèi)側(cè)相對的兩個(gè)面上分別設(shè)置有變形齒一 C3)和變形齒二 G)，所述變形齒一(3)與變形齒二(4)之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述信號光纖(6)位于變形齒一(3)與變形齒二(4) 之間，所述變形齒一 C3)和變形齒二(4)均為氫敏變形齒，或者所述變形齒一 C3)和變形齒二 的內(nèi)表面上均鍍覆有氫敏層(19)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于 所述氫敏變形齒為金屬鎳變形齒、金屬鈀變形齒、金屬鉬變形齒、鈀的合金變形齒、鉬的合金變形齒或鎳的合金變形齒；所述氫敏層(19)為金屬鎳層、金屬鈀層、金屬鉬層、鈀的合金層、鎳的合金層或鉬的合金層。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于 所述柔性節(jié)段(1 內(nèi)部設(shè)置有光反射裝置(46)，所述信號光纖(6)的一端通過光纜(1)與測試單元( 相接，所述光纜(1)上設(shè)置有1x2光分路器(45)，所述信號光纖(6)的另一端連接光反射裝置G6)。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于 所述凹槽00)在柱體一(15-1)和柱體二(15- 上均呈連續(xù)布設(shè)，所述凹槽00)的形狀為直線形、螺旋形或者SZ曲線形。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于 所述外護(hù)套一(13-1)為高分子波紋管或金屬波紋管。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于 所述外護(hù)套二(13- 表面上布設(shè)有透氣孔，所述透氣孔與凹槽00)相連通。
7.按照權(quán)利要求1所述的基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，其特征在于 所述信號光纖(6)為外部包有多層保護(hù)層的光纖，所述信號光纖(6)外還包覆有一層防水材料層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于地層氫氣濃度變化的地震先兆監(jiān)測裝置，包括傳感光纜以及與傳感光纜相接的測試單元和與測試單元相接的處理單元，傳感光纜由多個(gè)柔性節(jié)段和多個(gè)硬性節(jié)段交替連接而成，傳感光纜中至少穿設(shè)一根信號光纖，柔性節(jié)段由外護(hù)套一和套設(shè)在其內(nèi)部的柱體一組成，硬性節(jié)段包括外護(hù)套二和套設(shè)在其內(nèi)部的柱體二，柱體二與外護(hù)套二之間設(shè)有剛性護(hù)套，柱體一和柱體二的中心設(shè)有加強(qiáng)件，柱體一和柱體二的內(nèi)部均開設(shè)凹槽，柱體二凹槽內(nèi)側(cè)相對的兩個(gè)面上分別設(shè)有變形齒一和變形齒二，變形齒一和變形齒二均為氫敏變形齒，或者所述變形齒一和變形齒二的內(nèi)表面上均鍍覆有氫敏層。本發(fā)明能有效測量較大區(qū)域的地層中氫氣濃度的變化。
文檔編號G01V1/00GK102540243SQ20101057656
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司