小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種地層應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備，特別涉及一種小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭。
【背景技術(shù)】
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[0002]地殼形變或地層應(yīng)變觀測(cè)的分辨率通常優(yōu)于10_9應(yīng)變，多年來(lái)一直由山洞中三臺(tái)不同方向，長(zhǎng)數(shù)十米的伸縮儀實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)。隨著微位移傳感技術(shù)的發(fā)展，在鉆孔中安裝3臺(tái)以上，不同方向徑向位移傳感器觀測(cè)地殼形變的鉆孔應(yīng)變觀測(cè)技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)。2003年，美國(guó)“板塊邊界監(jiān)測(cè)計(jì)劃”(PBO計(jì)劃)要在西海岸布設(shè)200臺(tái)分量鉆孔應(yīng)變儀，分量鉆孔應(yīng)變儀開(kāi)始成為重要的新型地學(xué)觀測(cè)儀器。分量鉆孔應(yīng)變儀需要在圓筒型探頭內(nèi)安裝至少3臺(tái)不同方向垂直于探頭軸線的徑向位移傳感器，PBO計(jì)劃采用的Gladwin分量鉆孔應(yīng)變儀中，4個(gè)徑向位移傳感器在探頭中上下分開(kāi)布置，探頭長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)2米，運(yùn)輸及安裝均十分不便(圖1)。并且這種傳感器直徑3厘米以上，質(zhì)量數(shù)十克的傳感器電容動(dòng)片，不能響應(yīng)高頻應(yīng)變信號(hào)，因此Gladwin分量鉆孔應(yīng)變儀的頻率響應(yīng)被限制在O?7Hz，地方震及更高頻率的極微震和地聲信號(hào)均不能記錄。多個(gè)傳感器位于探頭上、下不同高度，對(duì)地層應(yīng)變響應(yīng)的邊緣效應(yīng)不同，使測(cè)量數(shù)據(jù)歸算精度受到影響。鉆孔地層中有3米以上厚度完整巖層的情況較為少見(jiàn)，也使分量應(yīng)變探頭選擇安裝孔位位置受到限制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種體積小、頻率響應(yīng)范圍寬的分量鉆孔應(yīng)變儀探頭。
[0004]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，所述探頭至少包括一個(gè)多分量徑向應(yīng)變傳感器組件，該傳感器組件由一個(gè)彈性應(yīng)變圓環(huán)和交叉安裝在該環(huán)內(nèi)多個(gè)桿狀徑向電容測(cè)微傳感器組成；其中，所述的各徑向電容測(cè)微傳感器的軸線通過(guò)該應(yīng)變圓環(huán)的圓心并處于同一平面；每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器對(duì)應(yīng)應(yīng)變圓環(huán)心的位置設(shè)有讓位結(jié)構(gòu)，所述的讓位結(jié)構(gòu)使各徑向電容測(cè)微傳感器在對(duì)應(yīng)圓環(huán)心位置處互不接觸。
[0005]其中，所述的徑向電容測(cè)微傳感器為4個(gè)，呈米字形排列，相鄰兩傳感器方向相差
45度。
[0006]其中，每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器由固定長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿、帶有長(zhǎng)度微調(diào)機(jī)構(gòu)的可調(diào)長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿、以及設(shè)置在兩基準(zhǔn)桿端面之間的傳感器組件組成；所述的傳感器組件由依次設(shè)置的壓電伸縮片、施加標(biāo)定電壓極片、第一絕緣片、第一傳感電容極片、第二傳感電容極片和第二絕緣片組成。
[0007]其中，在所述的彈性應(yīng)變圓環(huán)⑴上均布有8個(gè)固定圓孔，所述的4個(gè)桿狀徑向電容測(cè)微傳感器的兩端分別焊接在相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)圓孔中，每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器的軸線固定在相對(duì)圓孔中心的軸線上。
[0008]其中，所述彈性應(yīng)變圓環(huán)的直徑為80?100mm，所述的第一傳感電容極片和第二傳感電容極片的直徑為2-10mmo
[0009]其中，所述的彈性應(yīng)變圓環(huán)外側(cè)表面對(duì)應(yīng)每個(gè)固定圓孔的位置向外突設(shè)有凸臺(tái)，各凸臺(tái)與探頭圓筒通過(guò)剛性膠結(jié)劑組裝在一起。
[0010]采用上述結(jié)構(gòu)的分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，由于多個(gè)傳感器位于同一平面，因此可以將探頭長(zhǎng)度做到不足半米，大為縮短的探頭尺寸，使運(yùn)輸、選點(diǎn)和安裝都較為方便。并且探頭的小型化，使其頻率響應(yīng)范圍擴(kuò)大到O?5000Hz，既可以記錄構(gòu)造應(yīng)變、固體潮應(yīng)變、慢地震應(yīng)變、遠(yuǎn)震應(yīng)變地震波，還能記錄地方震、極微震和對(duì)地震預(yù)報(bào)極重要的地聲臨震信號(hào)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)的試用，本實(shí)用新型的分量鉆孔應(yīng)變儀探頭的靈敏度、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的內(nèi)符合精度都得到進(jìn)一步提高，尤其是儀器觀測(cè)頻寬擴(kuò)大到聲音頻段，大大擴(kuò)大了儀器的觀測(cè)頻域。
【附圖說(shuō)明】
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[0011]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型多分量徑向應(yīng)變傳感器組件實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為圖2所示實(shí)施例中的徑向測(cè)微組合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為圖2所示實(shí)施例中另一徑向測(cè)微組合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]如圖1和圖2所示為本實(shí)用新型的一實(shí)施例，集成在彈性應(yīng)變圓環(huán)I上的4個(gè)分量徑向應(yīng)變傳感器組件被放入應(yīng)變探頭圓筒殼體11內(nèi)，彈性應(yīng)變圓環(huán)I的8個(gè)凸起處與探頭圓筒內(nèi)壁直徑配合，用剛性膠膠結(jié)固定在探頭中。多路徑向位移傳感器均位于探頭圓筒的中間平面，解決了各路徑向位移傳感器位于探頭不同位置，邊緣效應(yīng)不同，影響測(cè)量數(shù)據(jù)歸算精度冋題。
[0017]其中，徑向位移傳感器組件由一個(gè)側(cè)面帶有8個(gè)均布圓孔的彈性應(yīng)變圓環(huán)1，將4個(gè)方向的徑向電容測(cè)微傳感器集成為一個(gè)組件。每個(gè)方向的徑向電容測(cè)微傳感器由固定長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿2、帶有長(zhǎng)度微調(diào)機(jī)構(gòu)4的可調(diào)長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿3、以及安裝在固定長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿2和可調(diào)長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿3之間的傳感器組件組成，該傳感器組件通常由壓電伸縮片5、施加標(biāo)定電壓極片6、絕緣片7、絕緣片10、傳感電容極片8、傳感電容極片9組成。徑向電容測(cè)微傳感器的端部分別焊結(jié)在彈性應(yīng)變圓環(huán)I的8個(gè)圓孔中，各自的軸線固定在相對(duì)圓孔中心的軸線上。4根不同方向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿的中心軸線交叉于探頭圓筒中心圓平面的圓心，為了保證各個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器互不接觸，在各個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器對(duì)應(yīng)應(yīng)變圓環(huán)心的位置設(shè)有讓位結(jié)構(gòu)21如圖3、圖4所示，所述的讓位結(jié)構(gòu)為適應(yīng)各個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器交叉時(shí)的凹部，各凹部相互配合，從而使各徑向電容測(cè)微傳感器以立交橋交叉方式組裝在一起，避免相互干涉。
[0018]上述彈性應(yīng)變圓環(huán)(I)的直徑大致為80?100mm，傳感電容片(8、9)的直徑縮小到1mm以下，例如5-10mm。電容測(cè)微動(dòng)片尺寸及質(zhì)量的大幅度降低，使觀測(cè)頻響范圍由O?7Hz擴(kuò)大到O?5000Hz，極大地?cái)U(kuò)展了鉆孔應(yīng)變儀觀測(cè)信號(hào)的頻寬范圍。一個(gè)較優(yōu)的方案是，第一傳感電容極片8、第二傳感電容極片9間的空氣間隙約0.04mm,電容極片直徑約9_，電容量約15Pf。使用時(shí)，將各個(gè)方向徑向測(cè)微傳感電容片(8、9)引出的金屬導(dǎo)線被連接到各自的測(cè)量電路上，電路部分與機(jī)械部分綜合后形成4分量鉆孔應(yīng)變儀組件。
[0019]采用上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新型具有下述的優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本實(shí)用新型使裝接在圓筒形探頭內(nèi)上、下不同位置的多個(gè)徑向位移傳感器實(shí)現(xiàn)了立交集成組件，使多個(gè)徑向位移傳感器的兩端頭都能裝接在垂直于圓筒形探頭軸線的同一平面上，從而縮短了探頭長(zhǎng)度，減少重量，便于運(yùn)輸安裝，降低造價(jià)。
[0021]2.由于多個(gè)徑向位移傳感器的兩端頭裝接在垂直于圓筒形探頭軸線的同一平面上，使各徑向位移傳感器的邊緣效應(yīng)一致，提高了測(cè)量精度。
[0022]3.電容傳感定片、動(dòng)片尺寸和質(zhì)量的縮小，使應(yīng)變儀整機(jī)的頻率響應(yīng)范圍擴(kuò)大到O?5000Hz，既可以記錄構(gòu)造應(yīng)變、固體潮應(yīng)變、慢地震應(yīng)變、遠(yuǎn)震應(yīng)變地震波，還能記錄地方震、極微震和對(duì)地震預(yù)報(bào)極重要的地聲臨震信號(hào)，極大地?cái)U(kuò)展了鉆孔應(yīng)變儀的測(cè)量功能。
[0023]4.長(zhǎng)度不到半米的應(yīng)變探頭更容易找到完整的巖層安裝探頭，實(shí)現(xiàn)探頭外壁與巖孔內(nèi)壁的良好耦合。
[0024]5.采用4分量徑向應(yīng)變傳感器組件并用剛性膠膠結(jié)方式裝入探頭圓筒的組裝工藝，大大提高了儀器探頭的組裝效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，其特征在于，所述探頭至少包括一個(gè)多分量徑向應(yīng)變傳感器組件，該傳感器組件由一個(gè)彈性應(yīng)變圓環(huán)和交叉安裝在該環(huán)內(nèi)多個(gè)桿狀徑向電容測(cè)微傳感器組成；其中，所述的各徑向電容測(cè)微傳感器的軸線通過(guò)該應(yīng)變圓環(huán)的圓心并處于同一平面；每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器對(duì)應(yīng)應(yīng)變圓環(huán)心的位置設(shè)有讓位結(jié)構(gòu)，所述的讓位結(jié)構(gòu)使各徑向電容測(cè)微傳感器在對(duì)應(yīng)圓環(huán)心位置處互不接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，其特征在于，所述的徑向電容測(cè)微傳感器為4個(gè)，呈米字形排列，相鄰兩傳感器方向相差45度。
3.如權(quán)利要求1所述的小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，其特征在于，每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器由固定長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿、帶有長(zhǎng)度微調(diào)機(jī)構(gòu)的可調(diào)長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿、以及設(shè)置在兩基準(zhǔn)桿端面之間的傳感器組件組成；所述的傳感器組件由依次設(shè)置的壓電伸縮片、施加標(biāo)定電壓極片、第一絕緣片、第一傳感電容極片、第二傳感電容極片和第二絕緣片組成。
4.如權(quán)利要求1所述的小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，其特征在于，在所述的彈性應(yīng)變圓環(huán)(I)上均布有8個(gè)固定圓孔，4個(gè)桿狀徑向電容測(cè)微傳感器的兩端分別焊接在相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)圓孔中，每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器的軸線固定在相對(duì)圓孔中心的軸線上。
5.如權(quán)利要求3所述的小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，其特征在于，所述彈性應(yīng)變圓環(huán)的直徑為80?100mm，所述的第一傳感電容極片和第二傳感電容極片的直徑為2_10mm。
6.如權(quán)利要求4所述的小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，其特征在于，所述的彈性應(yīng)變圓環(huán)外側(cè)表面對(duì)應(yīng)每個(gè)固定圓孔的位置向外突設(shè)有凸臺(tái)，各凸臺(tái)與探頭圓筒通過(guò)剛性膠結(jié)劑組裝在一起。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種小型分量鉆孔應(yīng)變儀探頭，所述探頭至少包括一個(gè)多分量徑向應(yīng)變傳感器組件，該傳感器組件由一個(gè)彈性應(yīng)變圓環(huán)和交叉安裝在該環(huán)內(nèi)多個(gè)桿狀徑向電容測(cè)微傳感器組成；其中，所述的各徑向電容測(cè)微傳感器的軸線通過(guò)該應(yīng)變圓環(huán)的圓心并處于同一平面；每個(gè)徑向電容測(cè)微傳感器對(duì)應(yīng)應(yīng)變圓環(huán)心的位置設(shè)有讓位結(jié)構(gòu)，所述的讓位結(jié)構(gòu)使各徑向電容測(cè)微傳感器在對(duì)應(yīng)圓環(huán)心位置處互不接觸。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)的試用，本實(shí)用新型的分量鉆孔應(yīng)變儀探頭的靈敏度、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的內(nèi)符合精度都得到進(jìn)一步提高，尤其是儀器觀測(cè)頻寬擴(kuò)大到聲音頻段，大大擴(kuò)大了儀器的觀測(cè)頻域。
【IPC分類(lèi)】G01B7-16
【公開(kāi)號(hào)】CN204388776
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420763236
【發(fā)明人】池順良
【申請(qǐng)人】池順良
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日