一种用于微地震监测的双螺旋缠绕光纤检波敏感装置

1.本实用新型属于光纤振动传感器技术领域，具体而言，涉及一种用于微地震监测的双螺旋缠绕光纤检波敏感装置。


背景技术：

2.目前页岩气水力压裂产生的裂缝效果直接影响最终产能的大小，微地震监测技术是检测压裂的有效手段，获得准确的微地震波信号是微地震检测技术的重要组成。水力压裂产生的微地震通常激发能量弱，传达到地面之后能量已经十分微弱，要想实现对于压裂裂缝形态的检测，需要在裂纹展布区进行高密度，高灵敏度的振动监测。目前所采用的多为电类点式微震传感器，存在的主要问题有两方面，一是当进行高密度振动监测时，需要大量的检波器形成检波阵列，再加上进行信号处理的采集站，会形成庞大复杂的系统，这会导致数据传输的实时性、可靠性无法保证。二是在压裂过程中会涉及众多的大型设备，这些设备在工作时会产生复杂的电磁环境，这会干扰电类传感器的输出，进一步降低信噪比，当海量的信息汇总时，会进一步造成信号的失真。
3.光纤振动传感器主要以光纤作为传感元件并且信号可直接通过光纤进行传输，外界振动信号会对光纤中光波的相位产生影响，通过干涉仪解调可得到原始振动信号。相比于电类传感器，光纤传感器具有灵敏度高，抗电磁干扰能力强，信号传输距离远等特点。目前应用于微地震检测的光纤振动检测系统(das)多为井下垂直检测或者直缆地下掩埋的方法。其主要的问题是应用条件比较高，需要专门为光纤传感器创造井下或地表检测环境，施工周期长，工作量大，且很难高效形成大规模复用阵列。
4.对于双螺旋缠绕光纤振动敏感单元来说，其具有灵敏度高，结构简单，使用方便，易于复用为多种形式的振动传感网等特点，非常适合于水力压裂微地震检测。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种用于微地震监测的双螺旋缠绕光纤检波敏感装置，以解决现有技术中用于检测水力压裂产生的微地震的电传感器受电磁影响大以及信噪比低、光纤振动检测系统的应用门槛高、施工周期长、工作量大且很难高效形成大规模复用阵列的问题。
6.为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：提供一种用于微地震监测的双螺旋缠绕光纤检波敏感装置，包括两个尾钉、设置于所述两个尾钉之间中空设置的保护壳、设置于所述保护壳内的缠绕轴、一体成型设置的第一光纤和第二光纤，所述缠绕轴上设有呈螺旋且间隔设置的第一螺纹槽和第二螺纹槽，所述第一螺纹槽和第二螺纹槽的螺旋方向一致，所述第一螺纹槽的螺距和第二螺纹槽的螺距均为渐变式，所述第一光纤和第二光纤分别设置于所述第一螺纹槽和第二螺纹槽内，所述保护壳上设有两个分别用于连接第一光纤和第二光纤的光纤耦合器。
7.进一步的技术方案是，所述第一光纤和第二光纤的螺距大小均为两端的螺距大于
中部的螺距，两个所述尾钉相对的一侧均设有大小与保护壳相适配的保护壳限位槽，所述保护壳的两端分别设置于两个保护壳限位槽内，且通过紧固螺栓使保护壳与尾钉稳定相连，所述尾钉下部呈圆锥形。
8.进一步的技术方案是，所述保护壳厚度在0.5-1mm之间，保护壳的线条形状为直线、弧形线、圆环中的一种。
9.更进一步的技术方案是，所述第一光纤和第二光纤通过环氧树脂胶将光纤粘接到缠绕轴上。
10.更进一步的技术方案是，所述保护壳限位槽一宽度为0.5-1mm,深度为5-7mm之间。
11.更进一步的技术方案是，所述缠绕轴与尾钉过盈连接采用基轴制h7/m6。
12.更进一步的技术方案是，所述第一光纤和第二光纤缠绕时弯曲半径不小于30mm。
13.更进一步的技术方案是，所述缠绕轴中间部位缠绕在缠绕轴时第一光纤进而第二光纤的螺距均为螺距为6-10mm，两端面附近光纤缠绕螺距约为15-20mm。
14.更进一步的技术方案是，在保护壳上安装的光纤连接口采用有法兰盘的光纤耦合器。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的技术方案将一体成型设置的第一光纤和第二光纤采用缠绕方向同旋向变螺距方式对缠绕轴进行缠绕，缠绕轴中间部位的第一光纤和第二光纤的缠绕螺距小，第一光纤和第二光纤的缠绕在缠绕轴两端面的缠绕螺距大，用环氧树脂粘将第一光纤和第二光纤分别粘接到缠绕轴的第一螺纹槽和第二螺纹槽内，缠绕轴和尾钉采用过盈配合，并且在保护壳上设计了光纤耦合器，其可以将尾钉振动敏感信息转移到一体成型的第一光纤和第二光纤上，采用第一光纤和第二光纤跳线可以将多个本产品相连接。不仅增强了微地震信息采集敏感性，而且可以实现传感器多级连接和阵列复用，同时整个装置结构简单，降低了光纤振动检测系统的应用门槛，同时缩短了施工周期，减少了人员测试所用的工作时长。
附图说明
16.图1为本实用新型一种用于微地震监测的双螺旋缠绕光纤检波敏感装置的结构示意图。
17.图2为本实用新型中第一光纤和第二光纤与缠绕轴连接示意图。
18.图3为本实用新型中缠绕轴的结构示意图。
19.图标：1-尾钉，2-保护壳，3-缠绕轴，4-第一光纤，5-第二光纤，6-第一螺纹槽，7-第二螺纹槽，8-光纤耦合器，9-保护壳限位槽，10-紧固螺栓。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.需要说明的是,本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换,以便这里描述的本实用新型的实施例。此外,术语“包
括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.实施例：
23.图1、图2和图3示出了本实用新型一种用于微地震监测的双螺旋缠绕光纤检波敏感装置的一个较佳实施方式，本实施例具体包括两个尾钉1、设置于所述两个尾钉1之间中空设置的保护壳2、设置于所述保护壳2内的缠绕轴3、一体成型设置的第一光纤4和第二光纤5，所述缠绕轴3上设有呈螺旋且间隔设置的第一螺纹槽6和第二螺纹槽7，所述第一螺纹槽6和第二螺纹槽7的螺旋方向一致，所述第一螺纹槽6的螺距和第二螺纹槽7的螺距均为渐变式，所述第一光纤4和第二光纤5分别设置于所述第一螺纹槽6和第二螺纹槽7内，所述保护壳2上设有两个分别用于连接第一光纤4和第二光纤5的光纤耦合器8。
24.在本实用新型中，缠绕轴3与一体成型设置的第一光纤4和第二光纤5组成光纤传感器。
25.在本实施例中，将保护壳2密封时，在保护壳2与尾钉1连接处设有环氧树脂密封圈，环氧树脂密封圈的厚度介于0.5-1.0mm之间，宽度介于1.0-2.0mm之间，或者直接将环氧树脂胶注入保护壳限位槽9中，再连接保护壳2；缠绕轴3制造过程：将第一光纤4和第二光纤5分别设置于所述第一螺纹槽6和第二螺纹槽7内，其均通过环氧树脂胶水使第一光纤4和第二光纤5分别固定设置于所述第一螺纹槽6和第二螺纹槽7内，缠绕轴3中间部位的第一光纤4和第二光纤5的螺距均小于缠绕轴3两端的第一光纤4和第二光纤5的螺距，第一光纤4和第二光纤5一体成型形成的光纤整体的起点和终点用环氧树脂胶固定在缠绕轴3上，使整个光纤整体与缠绕轴3上的第一螺纹槽6和第二螺纹槽7紧密贴合，将整根缠绕轴3垂直放置于硅胶模具中，硅胶模具的内径比缠绕轴3直径大1-1.5mm，并且保证模具和缠绕轴3的同轴度小于0.2mm，使用针管向模具中注入环氧树脂胶，保证环氧树脂完整包裹缠绕轴3，冷却12小时后环氧树脂固化后再进行装配；缠绕轴3与两个尾钉1均采用过盈连接，基轴制h7/m6，保护壳限位槽9的宽度比保护壳2厚度宽0.1-0.5mm；光纤耦合器8端部设置有保护帽，保护帽采用软橡胶制成，保护帽可以通过其内部的螺纹拧接在光纤耦合器8的端部。
26.本实施例的装配过程：将固化好的缠绕轴3的两端分别与两个尾钉1的进行过盈连接，在保护壳限位槽9中注入环氧树脂胶，待环氧树脂胶固化前将保护壳2插入保护壳限位槽9中，同时通过紧固螺栓10进行固定，光纤耦合器8的保护帽在非使用状态下套在端部，使用的时候再将其拧下。
27.本实施例的使用原理及方法：本实用新型原理是通过尾钉1结构将地震信息传导至缠绕轴3上的一体成型设置的第一光纤4和第二光纤5，从而影响第一光纤4和第二光纤5中光传播的相位、强度等信息，用光信息处理装置便可以得到外界振动信息。本光纤传感器可作为光信息采集单元连接至光纤干涉仪或其他光纤传感系统中，通过光纤整体向传感器注入激光，激光经过本光纤传感器后所携带光信息受外界振动影响发生变化，输出到光接收器经过信号处理便可以得到外界振动信号；也可以将多个本光纤传感器通过光纤整体跳线连接成阵列复用形式，形成光纤振动传感网。
28.尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式
将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。