[其他]弦頻式鉆孔應(yīng)變儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101986000000074
• 申請(qǐng)日: 1986-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN1004651B
• 公開（公告）日: 1989-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王啟民;馮先水;馬鴻鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南省地震局
• 代理公司: 河南省專利代理中心
• 代理人: 馬忠

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。該儀器具有：全金屬密封組合傳感器、遙控自動(dòng)加力裝置、自動(dòng)調(diào)壓平衡裝置、全自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)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^-9，測量精度為５×１０^-9，能測出連續(xù)、完整、可靠的鉆孔應(yīng)變固體潮資料。實(shí)測中已獲得了一批有一定理論意義和實(shí)用價(jià)值的震前、震時(shí)、震后應(yīng)變信息。

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。

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(kuò)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(bào)、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(dòng)弦和激勵(lì)線圈，通過多芯電纜與地表系統(tǒng)相接。在一個(gè)鉆孔中安裝有三個(gè)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(jí)，而10^-7量級(jí)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(duì)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(jí)，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(duì)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(yùn)動(dòng)形式。地震前后大面積應(yīng)力場及其動(dòng)態(tài)過程等方面的研究，也可直接用于地震預(yù)報(bào)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(jì)原理：在一個(gè)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(dòng)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(jìn)而研究彈性框架所處介質(zhì)的應(yīng)變圖象。采用公式：

式中：f_＊-弦振動(dòng)之固有頻率

T-弦振動(dòng)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f_＊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f_＊的測定即可獲得所測實(shí)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(gè)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(gè)探頭中，一個(gè)為自校用的懸空探頭，另三個(gè)為受力測量元件探頭，這三個(gè)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?dòng)顯示記錄和控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施計(jì)算和遙傳。在正常測量時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(jī)〔22〕雙螺旋面加力裝置〔23〕、弦座〔24〕等零、部件組成。