[其他]弦頻式鉆孔應變儀

在審

• 申請號: 101986000000074
• 申請日: 1986-01-10
• 公開（公告）號: CN1004651B
• 公開（公告）日: 1989-06-28
• 發明（設計）人: 王啟民;馮先水;馬鴻鈞
• 申請（專利權）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

本發明涉及地球科學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、遙控自動加力裝置、自動調壓平衡裝置、全自動控制、數學顯示、打印記錄系統。傳感器可整體下井，為直接接觸的線應變測量。該儀器的靈敏度為２×１０^-9，測量精度為５×１０^-9，能測出連續、完整、可靠的鉆孔應變固體潮資料。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、震后應變信息。

本發明涉及地球科學方面的一種測量儀器，特別是一種能探測地震的儀器。

隨著近代量測技術的發展，直接測取地球及其殼層的各種參數有了可能。測量地殼表層應力值和獲得水平應變的性質，不僅是地質學地球物理學所涉及的大陸漂移，海底擴張及板塊構造等一系列基本理論假說論證的有力論據，也是當前地震預報、工程結構部門急需得知的重要參數。

國外用于鉆孔中觀測地應力的儀器，有美國研制的鉆孔式振弦應力儀。該應力儀上的傳感器（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生的地球微量彈性變化）。

國內70型鋼弦應力儀的不足之處：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量;記錄為人工讀數;靈敏度為10^-7量級，記錄不到地球固體潮。

上述提及到的國內外觀測地應力的儀器均存在靈敏度低的問題，記錄不到地球固體潮。

本發明弦頻式鉆孔應變儀，是專為地球科學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變性質。地質力學中介質力學性質。板塊構造及其邊界運動形式。地震前后大面積應力場及其動態過程等方面的研究，也可直接用于地震預報前兆探索，斷層微量位移及工業國防部門中高精度應力應變測量。

該儀器的設計原理：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力的狀況，進而研究彈性框架所處介質的應變圖象。采用公式：

式中：f_＊-弦振動之固有頻率

T-弦振動之固有周期

L-弦之長度

σ-作用于弦上之張應力

ρ-振弦之線密度

當所選取的L、ρ固定之后，弦振頻率僅與弦長的張應力有關，即f_＊僅與σ有關，而σ決定于框架所受鉆孔介質的應力或應變，從而通過f_＊的測定即可獲得所測實體的應力應變狀況。

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變信息將通過特制的電纜傳輸到井上自動顯示記錄和控制系統內實施計算和遙傳。在正常測量時，該儀器處于全天候工作狀態。

該儀器的傳感器結構簡圖如圖1所示。傳感器是由吊環〔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〕的結構簡圖如圖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〔21〕、伺服電機〔22〕雙螺旋面加力裝置〔23〕、弦座〔24〕等零、部件組成。