專利名稱:弦頻式鉆孔應(yīng)變儀的制作方法
本發(fā)明涉及地球科學(xué)方面的一種測量儀器，特別是一種能探測地震的儀器(G01V1/00)隨著近代量測技術(shù)的發(fā)展，直接測取地球及其殼層的各種參數(shù)有了可能。測量地殼表層應(yīng)力值和獲得水平應(yīng)變的性質(zhì)，不僅是地質(zhì)學(xué)地球物理學(xué)所涉及的大陸漂移，海底擴張及板塊構(gòu)造等一系列基本理論假說論證的有力論據(jù)，也是當(dāng)前地震預(yù)報、工程結(jié)構(gòu)部門急需得知的重要參數(shù)。
國外用于鉆孔中觀測地應(yīng)力的儀器，有美國研制的鉆孔式振弦應(yīng)力儀。該應(yīng)力儀上的傳感器(測量元件的組合體)為園柱體鋼套，鋼套上固定有振動弦和激勵線圈，通過多芯電纜與地表系統(tǒng)相接。在一個鉆孔中安裝有三個傳感器，傳感器在水平方向成45°角，測量記錄的是應(yīng)力值，儀器的靈敏度為10-7量級，而10-7量級是記錄不到地球固體潮的。(地球固體潮是日、月、天體作用于地球所產(chǎn)生的地球微量彈性變化)。
國內(nèi)70型鋼弦應(yīng)力儀的不足之處密封性不好、易滲水、傳感器壽命短;氣壓、地下水位變化對傳感器影響較大，干撓了記錄資料的質(zhì)量;記錄為人工讀數(shù);靈敏度為10-7量級，記錄不到地球固體潮。
上述提及到的國內(nèi)外觀測地應(yīng)力的儀器均存在靈敏度低的問題，記錄不到地球固體潮。
本發(fā)明弦頻式鉆孔應(yīng)變儀，是專為地球科學(xué)基本理論研究而研制的儀器，能記錄到地球固體潮，適合于對地球固有彈性應(yīng)變性質(zhì)。地質(zhì)力學(xué)中介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)。板塊構(gòu)造及其邊界運動形式。地震前后大面積應(yīng)力場及其動態(tài)過程等方面的研究，也可直接用于地震預(yù)報前兆探索，斷層微量位移及工業(yè)國防部門中高精度應(yīng)力應(yīng)變測量。
該儀器的設(shè)計原理在一個固定的彈性框架上，固緊一根金屬弦絲，采用電磁的方式使弦振動起來，通過測量該弦的固有頻率，以獲得作用于振弦上張應(yīng)力的狀況，進而研究彈性框架所處介質(zhì)的應(yīng)變圖象。采用公式f0＝ 1/(2L)σ/ρ]]>T=1f0=2Lρ/σ]]>式中f0-弦振動之固有頻率T-弦振動之固有周期L-弦之長度σ-作用于弦上之張應(yīng)力ρ-振弦之線密度當(dāng)所選取的L、ρ固定之后，弦振頻率僅與弦長的張應(yīng)力有關(guān)，即f0僅與σ有關(guān)，而σ決定于框架所受鉆孔介質(zhì)的應(yīng)力或應(yīng)變，從而通過f0的測定即可獲得所測實體的應(yīng)力應(yīng)變狀況。
該儀器的核心部件采用弦振-頻率傳感器，這種傳感器，為四個測量元件(探頭〔3〕和伺服加力裝置〔5〕)的組合體。其組合體內(nèi)的四個探頭中，一個為自校用的懸空探頭，另三個為受力測量元件探頭，這三個探頭的方位互成60°。探頭在井孔中所接受到的鉆孔應(yīng)變信息將通過特制的電纜傳輸?shù)骄献詣语@示記錄和控制系統(tǒng)內(nèi)實施計算和遙傳。在正常測量時，該儀器處于全天候工作狀態(tài)。
該儀器的傳感器結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。傳感器是由吊環(huán)〔1〕、電纜〔2〕、探頭〔3〕、外殼〔4〕、伺服加力裝置〔5〕、殼體組合件〔6〕、自動調(diào)壓平衡裝置〔7〕、尋的器〔8〕、定向器〔9〕、緊固開花筒〔10〕組成。
傳感器上探頭〔3〕的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。探頭〔3〕是由滑軸〔11〕、弦絲固定夾〔12〕、弦絲〔13〕、激發(fā)器〔14〕彈性框架〔15〕、接收器〔16〕等零、部件組成。
傳感器上的伺服加力裝置〔5〕如圖4所示。該裝置為遙控式自動加力裝置，是由連接軸〔17〕、測量組合件〔18〕、波紋管〔19〕、傳感觸頭〔20〕、密封環(huán)〔21〕、伺服電機〔22〕雙螺旋面加力裝置〔23〕、弦座〔24〕等零、部件組成。
為了避免加力時發(fā)生卡死現(xiàn)象設(shè)計了浮動裝置，為保證傳感觸頭〔20〕處的密封性和自由伸縮性，傳感觸頭〔20〕焊接在波紋管〔19〕上，而波紋管〔19〕焊接在密封環(huán)〔21〕上。密封環(huán)〔21〕再焊接到外殼〔4〕上。
為了排除氣壓和地下水位變化時對傳感器工作性能的影響，在傳感器的下方設(shè)計有自動調(diào)壓平衡裝置〔7〕，如圖2所示。該裝置由調(diào)壓腔〔25〕、硅油〔26〕、密封膠墊〔27〕、密封蓋〔28〕汽門〔29〕、調(diào)壓孔〔30〕、活門〔31〕等部分組成。
該儀器具有全金屬密封組合式傳感器及全自動控制，數(shù)字顯示，打印記錄系統(tǒng)。記錄方式為集成化全自動打印記錄。測量方式為直接接觸的線應(yīng)變測量。傳感器可整體下井并分別將受力元件調(diào)正到工作點上。儀器靈敏度為2×10-9，測量精度為5×10-9?？蓽y出連續(xù)、完整、可靠的鉆孔應(yīng)變固體潮資料。實測中已獲得了一批有一定理論意義和實用價值的震前、震時、震后應(yīng)變信息。在距觀測點200公里以內(nèi)的中、小地震，其震前應(yīng)變異常幅度在10-7數(shù)量級上，并曾內(nèi)部成功地試報過幾次小震。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔應(yīng)變儀，是由探頭、殼體、電纜、加力裝置、激發(fā)器、接收器、調(diào)壓裝置、數(shù)模記錄系統(tǒng)、數(shù)字傳入系統(tǒng)等部分組成，其特征a、全金屬密封組合式傳感器。b、伺服加力裝置[5]為遙控式自動加力裝置。c、有自動調(diào)壓平衡裝置[7]。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鉆孔應(yīng)變儀，其特征傳感器是由吊環(huán)〔1〕、電纜〔2〕、探頭〔3〕、外殼〔4〕、伺服加力裝置〔5〕、殼體組合件〔6〕、自動調(diào)壓平衡裝置〔7〕、尋的器〔8〕、定向器〔9〕、緊固開花筒〔10〕組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的鉆孔該變儀，其特征井下的每個傳感器為四個測量元件(探頭〔3〕和伺服加力裝置〔5〕)的組合體。其組合體內(nèi)的四個探頭中，一個為自校用的鉆孔探頭，另三個為受力測量元件探頭。
4.據(jù)權(quán)利要求
3所述的鉆孔應(yīng)變儀，其特征探頭〔3〕是由滑軸〔11〕、弦絲固定夾〔12〕、弦絲〔13〕、激發(fā)器〔14〕、彈性框架〔15〕、接收器〔16〕等另部件組成
5.據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的鉆孔應(yīng)變儀，其特征傳感器上的伺服加力裝置〔5〕為遙控式自動加力裝置，該裝置是由連接軸〔17〕、測量組合件〔18〕波紋管〔19〕、傳感觸頭〔20〕、密封環(huán)〔21〕、伺服電機〔22〕、雙螺旋面加力園盤〔23〕、弦座〔24〕等另部件組成。
6.據(jù)權(quán)利要求
5所述的鉆孔應(yīng)變儀，其特征為保證傳感觸頭〔20〕處的密封性，傳感觸頭〔20〕焊接在波紋管〔19〕上，而波紋管〔19〕焊接在密封環(huán)〔21〕上，密封環(huán)〔21〕再焊接到外殼〔4〕上。
7.據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的鉆孔應(yīng)變儀，其特征為排除氣壓和地下水位變化時對傳感器工作性能的影響，自動調(diào)壓平衡裝置〔7〕是由調(diào)壓腔〔25〕、硅油〔26〕、密封膠墊〔27〕、密封蓋〔28〕、汽門〔29〕、調(diào)壓孔〔30〕、活門〔31〕等部分組成。
專利摘要
本發(fā)明涉及地球科學(xué)方面的一種測量儀器，特 別是一種能探測地震的儀器(GOOV1/00)。該 儀器具有全金屬密封組合傳感器、遙控自動加力裝 置、自動調(diào)壓平衡裝置、全自動控制、數(shù)字顯示、打印 記錄系統(tǒng)。傳感器可整體下井，為直接接觸的線應(yīng)變 測量。該儀器的靈敏度為2×10
文檔編號G01V1/00GK86100074SQ86100074
公開日1987年10月21日 申請日期1986年1月10日
發(fā)明者王啟民, 馮先水, 馬鴻鈞 申請人:河南省地震局導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan