[發明專利]一種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀

有效

• 申請號: 201110272925.8
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102435147A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 張文濤;李芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01V1/52
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及地震探測技術領域，尤其涉及一種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀。

背景技術

在區域應力場作用下地殼會發生變形，鉆孔應變觀測是研究地殼變形和地應力場變化的一種重要手段。鉆孔應變儀能將地震和火山活動當時及其前后的地殼形變，以分鐘甚至接近測震的采樣時間連續記錄下來。因此在地震預測預報和地球物理研究中發揮著重要的作用。

現有的鉆孔應變儀包括體應變儀和分量式應變儀(邱澤華等，“國外鉆孔應變觀測的發展現狀”，地震學報，2004)。但是不論哪種應變儀，均采用電學傳感器進行探測。如我國的FZY-1型鉆孔應變儀采用電容傳感器(李海亮等，“FZY-1型多分量式鉆孔應變儀的設計”，地震地磁觀測與研究，2004)，日本的山內常生采用電磁傳感器，我國的王啟民提出了“弦頻式鉆孔應變儀”(中國專利申請CN86100074A)，等等。這些電學式的鉆孔應變儀都具有相同的缺點，第一，不能抗雷擊，抗電磁干擾；第二，不能解決零漂問題(邱澤華等，“國外鉆孔應變觀測的發展現狀”，地震學報，2004)。

光纖傳感器與對應的常規傳感器相比，在靈敏度、動態范圍、可靠性等方面具有明顯的優勢，尤其具有抗電磁干擾、不怕雷擊、無零漂的特點。周振安等人提出了可在觀測室內的基巖上安裝的光纖光柵應變儀(周振安等，“光纖光柵傳感器用于高精度應變測量研究”，地球物理學進展，2005)，但是，由于光纖光柵在長期工作中會受到蠕變的影響，故可減小零漂的影響，但不能在長期監測中解決零漂的問題。

因此，本發明提出一種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀，用于在地震探測領域的地應變探測，重點解決現有鉆孔應變儀的防雷擊和零漂問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀，以解決現有鉆孔應變儀的防雷擊和零漂問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀，包括：應變筒20，用于感受體應變；充滿應變筒20內的液體50，用于傳遞應變筒20感受到的體應變；端蓋10，用于密封；安裝于應變筒20底部的膜片65，用于感受應變筒20內容積的變化，并與光纖90的端面形成一個低反射測量干涉儀；安裝于應變筒20底部的螺栓80，用于灌注液體50并密封；固定于膜片65外側的光纖90，用于測量膜片65的形變；安裝于應變筒20底部的保護罩70，用于保護體應變儀內部結構；參考干涉儀83，用于與低反射測量干涉儀匹配，從而得到干涉儀的腔長長度；光源82，用于給系統提供光源；耦合器81，用于連接光源82、光纖90、參考干涉儀83；以及探測器84，用于探測參考干涉儀的輸出光強，從而得到應變大小。

上述方案中，所述膜片65與應變筒20內的液體50接觸，用于測量液體50的壓力變化。

上述方案中，所述保護罩70上進一步開有孔71，以便光纖90的尾纖引出。

上述方案中，所述應變筒20的側壁25剛度遠小于底端26和端蓋10的剛度。

上述方案中，所述應變筒20的底端26進一步開有一階梯孔21，孔21中有一凸臺22，以便于膜片65的安裝。

上述方案中，所述應變筒20內可進一步裝有一柱體30，用于改變測量狀態量的光纖鉆孔應變儀的溫度特性。

上述方案中，所述光纖90的端部可進一步安裝一個固定柱60，固定柱60中有一孔61用于光纖90穿過并固定，固定柱60可安裝在階梯孔21較粗的一側，以便于光纖90的安裝。

上述方案中，所述光纖90與膜片65相對的端面以及膜片65與光纖90相對的一側的表面光潔度較高，以便形成低反射測量光纖干涉儀。

上述方案中，所述參考干涉儀83的腔長可調。

上述方案中，所述柱體30的溫度膨脹系數遠小于液體50，當測量狀態量的光纖鉆孔應變儀所處環境溫度發生改變時，液體50由溫度膨脹引起的壓力變化將減小。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的這種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀，通過光纜連接井下儀器，光纜可無金屬，故防雷擊。

2、本發明提供的這種測量狀態量的光纖鉆孔應變儀，通過兩個干涉儀進行匹配測量，可測量出測量干涉儀的絕對腔長值，從而實現了對應變的狀態量測量，解決了體應變儀的零漂問題。

附圖說明

圖1為本發明提供的測量狀態量的光纖鉆孔應變儀的示意圖；