[其他]高精度巖石應(yīng)力儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86201683
• 申請日: 1986-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN86201683U
• 公開（公告）日: 1987-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡遵素;李德平;張道儀;延軍;姜躍強(qiáng);劉春元;焦向東
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)部第七研究所
• 主分類號(hào): G01B7/24
• 分類號(hào): G01B7/24;G01L1/12;G01L1/14
• 代理公司: 核工業(yè)部專利法律事務(wù)所
• 代理人: 李富元

本實(shí)用新型屬儀表類，具體涉及一種用于地應(yīng)力相對測量的高精度巖石應(yīng)力測量儀器。

巖石應(yīng)力相對測量技術(shù)，由于它的廣泛用途，尤其是在預(yù)報(bào)地震及水庫、隧道、坑道塌陷等人身安全事故方面的重要作用，而受到技術(shù)界的日益關(guān)注。在地應(yīng)力相對測量方面，常采用電感法，即有芯電感傳感器測量法。其原理是，地應(yīng)力的變化引起巖石鉆孔形變，于是使置于巖石鉆孔中的傳感元件鐵芯材料的導(dǎo)磁率發(fā)生變化，通過測量傳感元件的電感值、電壓降或總阻抗，可以測得巖石應(yīng)力變化的大小和方向，達(dá)到預(yù)報(bào)災(zāi)害的目的。

目前通用的有芯電感傳感器測量儀器可以分為兩類，一類為橋式，另一類為阻抗比較式，見蘇聯(lián)專利SU462982。它們都是把傳感器反應(yīng)巖石應(yīng)力變化的參量，經(jīng)長線傳輸?shù)降孛鏈y讀主機(jī)測量和記錄應(yīng)力的變化。其缺點(diǎn)是巖石鉆孔形變與對應(yīng)的所測參量間的變換，受傳感器的結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝、接觸面加工精度方面之限制，并難以避免電磁干擾；此外還受到鉆孔中溫度、壓力的影響，因而穩(wěn)定性差，應(yīng)變靈敏度只能達(dá)到10^－7左右，對應(yīng)力變化的測量精度不能滿足實(shí)際需要。

本實(shí)用新型目的在于提供一種利用電感－頻率變換器，將電感參量在巖石鉆孔中就地變換成特定頻率，使測量值達(dá)到穩(wěn)定、精確的巖石應(yīng)力測量儀器。

本實(shí)用新型方案是，在傳感器部分除有芯電感元件外，增設(shè)LC橋式振蕩器，組成電感－頻率變換器，將巖石鉆孔形變產(chǎn)生的壓力引起的電感量的變化值，變換成特定頻率，然后經(jīng)長傳輸線輸入地面測讀主機(jī)。為了保證測量值穩(wěn)定、精確，測讀主機(jī)中設(shè)有分段式數(shù)－模變換機(jī)構(gòu)，并可使該測讀主機(jī)能對一路以上的獨(dú)立頻率信號(hào)進(jìn)行巡測和給出數(shù)字顯示。

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述：

圖1為本實(shí)用新型高精度巖石應(yīng)力儀方框圖。

圖2為穩(wěn)幅LC橋式振蕩器示意圖。

圖3為分段式數(shù)－模變換示意圖。

圖中［1］為有芯電感元件，［2］為LC橋式振蕩器，［3］為電感－頻率變換器，［4］為傳輸線，［5］為測讀主機(jī)，［6］為記錄儀，［7］為計(jì)算機(jī)，［8］為倍壓整流電路，［9］為穩(wěn)幅電路，［10］［12］為電阻，［11］為直流放大器，［13］為選頻網(wǎng)絡(luò)，［14］為多位計(jì)數(shù)器，［15］為數(shù)－模變換機(jī)構(gòu)，［16］為數(shù)字顯示器。

將至少一個(gè)由有芯電感元件［1］（如DIL－110型壓磁式傳感器）和LC橋式振蕩器［2］組成的電感－頻率變換器［3］，經(jīng)密封后置于井下，由鉆孔形變產(chǎn)生的壓力變化，通過電感－頻率變換器［3］變換成一至數(shù)千赫的振蕩頻率。該頻率信號(hào)經(jīng)長傳輸線［4］輸入地面測讀主機(jī)［5］，測讀主機(jī)［5］設(shè)有五路輸入輸出端。信號(hào)輸入后，經(jīng)選擇開關(guān)可使數(shù)碼管顯示五路中任一路所測頻率信號(hào)的周期值。周期值的變化即對應(yīng)著巖石應(yīng)力的變化。為了直觀顯示應(yīng)力連續(xù)變化趨勢，測讀主機(jī)［5］中設(shè)有特定的數(shù)－模變換和模量保持機(jī)構(gòu)［15］，能使普通長圖記錄儀［6］獲得精密度優(yōu)于0.01％的準(zhǔn)連續(xù)測量曲線。

電感元件［1］兩端電壓的變化，對測量值的精度的影響很大。為了使電感元件［1］兩端電壓穩(wěn)定，LC橋式振蕩器［2］采用直接耦合放大器［11］的橋式反饋振蕩器和倍壓整流電路［8］來穩(wěn)定振蕩幅度。選頻網(wǎng)路［13］與電阻［10］［12］及穩(wěn)幅電路［9］，構(gòu)成一個(gè)四臂電橋，直流放大器［11］的輸入輸出端分別接到電橋的兩對角線上。具有幅度負(fù)反饋的振蕩器對于低Q值情況是必要的，通過控制負(fù)反饋的強(qiáng)弱穩(wěn)定電感元件［1］上的電壓，使放大器［11］工作在線性區(qū)，即使在Q值約等于1的情況下也能獲得較好的正弦波。

數(shù)－模變換機(jī)構(gòu)采取分段式，將多位計(jì)數(shù)器［14］從最低位開始分成多個(gè)數(shù)段，每段計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)字，分別進(jìn)行數(shù)－模變換并予以保持。考慮到萬位以上的變化幾率太小，所以只把數(shù)字量的后四位分兩段變換，即0～99和100～9900，這樣，低段數(shù)－模變換的1％，相當(dāng)于可測周期的0.002％，高段變換的1％相當(dāng)于可測周期的0.2％。數(shù)－模變換機(jī)構(gòu)［15］的輸入與多位計(jì)數(shù)器［14］的輸出相連，數(shù)－模變換機(jī)構(gòu)［15］的輸出與記錄儀［6］相連。

發(fā)明人曾將本儀器在幾個(gè)地震臺(tái)站試用，經(jīng)實(shí)際測量，該儀器所測應(yīng)力靈敏度約為0.005牛頓／厘米²；在使用普通長圖記錄儀的情況下，測量精度優(yōu)于0.01％。