專利名稱：一種光纖拖纜檢波器的制作方法
技術領域：
本實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成光纖拖曳陣列的相位干涉型光纖水聲傳感器。
背景技術：
在海上地震勘探數據采集和油藏監測技術中，由多路復用水聽器構成的海上拖纜檢波器陣列占據了極為重要的位置。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問世。研究認為，在強度型、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，典型的光纖干涉儀原理框圖如圖1所示，由光源100發出的光經第一光纖耦合器101以后一分為二，兩路光分別通過參考臂光纖102和信號臂光纖103傳輸，而后在第二光纖耦合器104位置發生干涉，干涉光的幅度與信號光及參考光的幅度均有關系，其相位為兩臂光相位之差，干涉光由光電轉換器105轉換為電信號。轉換所得的電信號的強度與干涉光的光強成正比，即與干涉光的幅度和相位同時相關。當信號臂光纖103的光相位改變，而參考臂光纖102的光相位保持不變的時候，干涉光的相位改變，從而影響輸出電信號的強度變化。信號臂光纖103和參考臂光纖102均可分為傳導用的傳導段和用于接收聲壓信號的傳感段(圖中螺旋狀的一段)。
現有的相位干涉型光纖水聲傳感器的光纖耦合器及傳導段光纖不處于同一個封閉空腔之內，外界聲壓及各種干擾對光纖耦合器及傳導段光纖的作用不能忽略，聲壓信號對整個檢波器的作用不能充分集中在傳感段光纖上，影響了系統的穩定性和信噪比。另外，參考臂和信號臂光纖傳感段的結構設計還不能充分地消除噪聲和外界干擾，也不利于對微弱信號的檢測能力和信噪比的提高。最后，現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。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種光纖拖纜檢波器，可以提高系統的穩定性和信噪比。
為了解決上述技術問題，本實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臂光纖和參考臂光纖的傳導段均設置在所述剛性容器內。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點所述剛性容器為圓筒狀，所述信號臂光纖和參考臂光纖的傳感段以同芯串聯的結構纏繞在所述剛性容器的外周上。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點所述信號臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設有一柔性內襯，而所述參考臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設有一剛性內襯。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點所述信號臂和參考臂的光纖均采用非保偏單模光纖。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點所述信號臂光纖采用比普通非保偏單模光纖對聲壓更敏感的光纖。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點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光纖接頭，所述第一、第二光纖耦合器相同，所述兩個光纖接頭的另一端可分別連接光源或光電探測器。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點所述信號臂光纖和參考臂光纖的總長度相同。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點所述參考臂光纖的傳感段外還包附了一隔隔音層。
進一步地，上述光纖拖纜檢波器還可具有以下特點其外表面包覆了一層透聲橡膠層。
由上可知，本實用新型光纖拖纜檢波器的光纖耦合器及傳導段光纖均內置于剛性支撐筒內的空腔，聲壓信號對整個檢波器的作用集中在傳感段光纖上，提高了系統的穩定性和信噪比。進一步地，參考臂光纖和信號臂光纖采用同芯串聯結構，提高了檢波器的信噪比；信號臂光纖采用對聲壓敏感的特種光纖，纏繞在柔性內襯上，而在參考臂光纖外包附一隔音層，并纏繞在剛性內襯上，這些結構及材料的改進可提高對微弱信號的檢測能力；本實用新型檢波器的兩個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是本實用新型實施例光纖拖纜檢波器的橫截面圖。
具體實施方式
圖2示出了本實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、剛性內襯5、柔性內襯6、隔音層7、透聲橡膠層8、參考臂光纖9、信號臂光纖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，對整個檢波器起支撐和銜接作用。剛性支撐筒1側壁上開有槽18，光纖可通過槽18從筒內的空腔穿到筒外。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共同構成了留有光纖出入口的圓筒狀的剛性容器。
剛性內襯5及柔性內襯6的內徑與剛性支撐筒1的外徑接近相等以使其緊貼。柔性內襯6用柔性材料(如橡膠、尼龍、聚碳酸脂塑料)制成，用作聲信號采集的信號臂光纖10纏繞其上，柔性內襯6有助于增強聲場對信號臂光纖10的影響作用。剛性內襯5用金屬或其他剛性材料制成，參考臂光纖9(參考用，不與聲信號作用)纏繞其上，剛性內襯5有助于將聲場對參考臂光纖9的影響減至最小。
信號臂光纖10和參考臂光纖9纏繞在柔性內襯6和剛性內襯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左端的兩個支路分別相連，傳感段光纖到光纖耦合器之間的屬于傳導段的光纖。第一、第二光纖耦合器11和12用內置的耦合器固定板17固定在空腔內，固定板17則用膠結或沉頭螺釘等方法固定在剛性支撐筒1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在結構上是互易的，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系，不防設第一光纖接頭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分為兩路分別送入信號臂光纖10和參考臂光纖9，而第二光纖耦合器12的作用是將信號臂光纖10和參考臂光纖9的光合成一路并發生干涉，干涉光從第二路光纖16經第二光纖接頭14傳入光電探測器，光電探測器將光信號轉為電流。此電流包含聲場壓力信號的信息，可通過后續處理電路處理得到。
本實施例中使用的傳導光纖和傳感光纖均為非保偏單模光纖，纏繞在柔性內襯6上的信號臂光纖10采用一種對聲壓信號敏感的特種光纖，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。纏繞在剛性內襯5外的參考臂光纖9為普通非保偏單模光纖。
在本實用新型中，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保持相同，誤差在毫米量級。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，起到對檢波器內部結構和光纖的保護及密封作用，同時外界聲壓可以幾乎無損地通過透聲橡膠層8作用在信號臂光纖10上并引起光相位的變化。
綜上所述，本實施例光纖拖纜檢波器具有以下優點1)本實施例的光纖耦合器及傳導段光纖均內置于剛性支撐筒內的空腔，檢波器構成一個封閉的整體。使得外界聲壓及各種干擾對光纖耦合器及傳導段光纖的作用可以忽略，聲壓信號對整個檢波器的作用集中在傳感段光纖上，提高了系統的穩定性和信噪比。
2)本實施例的參考臂和信號臂采用同芯串聯結構，因為位置的空間相似性，外界干擾和噪聲信號對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振動都會導致光纖產生隨機相位噪聲，因為本實用新型采用的串聯結構的空間對稱性和相似性，信號臂和參考臂光纖產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，從而達到了對外界溫度和隨機振動的不敏感，減小了噪聲。
3)本實施例檢波器的信號臂光纖纏繞在柔性內襯上，有助于增強聲場對光纖的影響作用；而參考臂光纖纏繞在剛性內襯上，有助于將聲場對光纖的影響減至最小。此外，信號臂光纖采用對聲壓敏感度高的光纖，而在參考臂光纖采用包附一隔音層，這些結構及材料的改進減小了作用到參考臂光纖上的聲壓，使得本實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，提高了微弱信號檢測能力。
4)本實施例檢波器結構一體化，體積較小，與光源及光電檢測器相連的兩個光纖接頭具有互易性，連接簡單。應用中如出現問題，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，使大規模的組陣和實用成為可能。
權利要求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臂光纖和參考臂光纖的傳導段均設置在所述剛性容器內。
2.如權利要求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，所述信號臂光纖和參考臂光纖的傳感段以同芯串聯的結構纏繞在所述剛性容器的外周上。
3.如權利要求1或2所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設有一柔性內襯，而所述參考臂光纖的傳感段與所述剛性容器之間設有一剛性內襯。
4.如權利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號臂和參考臂的光纖均采用非保偏單模光纖。
5.如權利要求4所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號臂光纖采用比普通非保偏單模光纖對聲壓更敏感的光纖。
6.如權利要求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光纖接頭，所述第一、第二光纖耦合器相同，所述兩個光纖接頭的另一端可分別連接光源或者光電探測器。
7.如權利要求1所述的光纖拖纜檢波器，其特征在于，所述信號臂光纖和參考臂光纖的總長度相同。
8.如權利要求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臂光纖和參考臂光纖的傳導段均設置在所述剛性容器內。本實用新型的光纖拖纜檢波器可以提高系統的穩定性和信噪比，提高對微弱信號的檢測能力，連接簡單，便于維修。
文檔編號G01V1/16GK2775685SQ20052000872
公開日2006年4月26日 申請日期2005年3月18日 優先權日2005年3月18日
發明者廖延彪, 朱耀強, 趙偉, 陳平, 賴淑蓉, 張敏, 王子秋, 唐進, 董立軍, 廖茂, 匡武, 王澤涵, 李欣彤 申請人:中海油田服務股份有限公司, 中海石油研究中心
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