[其他]高精度巖石應力儀

無效

• 申請號: 86201683
• 申請日: 1986-03-29
• 公開（公告）號: CN86201683U
• 公開（公告）日: 1987-03-25
• 發明（設計）人: 胡遵素;李德平;張道儀;延軍;姜躍強;劉春元;焦向東
• 申請（專利權）人: 核工業部第七研究所
• 主分類號: G01B7/24
• 分類號: G01B7/24;G01L1/12;G01L1/14
• 代理公司: 核工業部專利法律事務所
• 代理人: 李富元

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

巖石應力相對測量技術，由于它的廣泛用途，尤其是在預報地震及水庫、隧道、坑道塌陷等人身安全事故方面的重要作用，而受到技術界的日益關注。在地應力相對測量方面，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磁率發生變化，通過測量傳感元件的電感值、電壓降或總阻抗，可以測得巖石應力變化的大小和方向，達到預報災害的目的。

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，見蘇聯專利SU462982。它們都是把傳感器反應巖石應力變化的參量，經長線傳輸到地面測讀主機測量和記錄應力的變化。其缺點是巖石鉆孔形變與對應的所測參量間的變換，受傳感器的結構、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，因而穩定性差，應變靈敏度只能達到10^－7左右，對應力變化的測量精度不能滿足實際需要。

本實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，使測量值達到穩定、精確的巖石應力測量儀器。

本實用新型方案是，在傳感器部分除有芯電感元件外，增設LC橋式振蕩器，組成電感－頻率變換器，將巖石鉆孔形變產生的壓力引起的電感量的變化值，變換成特定頻率，然后經長傳輸線輸入地面測讀主機。為了保證測量值穩定、精確，測讀主機中設有分段式數－模變換機構，并可使該測讀主機能對一路以上的獨立頻率信號進行巡測和給出數字顯示。

下面結合附圖對本實用新型作詳細描述：

圖1為本實用新型高精度巖石應力儀方框圖。

圖2為穩幅LC橋式振蕩器示意圖。

圖3為分段式數－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，［6］為記錄儀，［7］為計算機，［8］為倍壓整流電路，［9］為穩幅電路，［10］［12］為電阻，［11］為直流放大器，［13］為選頻網絡，［14］為多位計數器，［15］為數－模變換機構，［16］為數字顯示器。

將至少一個由有芯電感元件［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］，經密封后置于井下，由鉆孔形變產生的壓力變化，通過電感－頻率變換器［3］變換成一至數千赫的振蕩頻率。該頻率信號經長傳輸線［4］輸入地面測讀主機［5］，測讀主機［5］設有五路輸入輸出端。信號輸入后，經選擇開關可使數碼管顯示五路中任一路所測頻率信號的周期值。周期值的變化即對應著巖石應力的變化。為了直觀顯示應力連續變化趨勢，測讀主機［5］中設有特定的數－模變換和模量保持機構［15］，能使普通長圖記錄儀［6］獲得精密度優于0.01％的準連續測量曲線。

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］來穩定振蕩幅度。選頻網路［13］與電阻［10］［12］及穩幅電路［9］，構成一個四臂電橋，直流放大器［11］的輸入輸出端分別接到電橋的兩對角線上。具有幅度負反饋的振蕩器對于低Q值情況是必要的，通過控制負反饋的強弱穩定電感元件［1］上的電壓，使放大器［11］工作在線性區，即使在Q值約等于1的情況下也能獲得較好的正弦波。

數－模變換機構采取分段式，將多位計數器［14］從最低位開始分成多個數段，每段計數器所計數字，分別進行數－模變換并予以保持?？紤]到萬位以上的變化幾率太小，所以只把數字量的后四位分兩段變換，即0～99和100～9900，這樣，低段數－模變換的1％，相當于可測周期的0.002％，高段變換的1％相當于可測周期的0.2％。數－模變換機構［15］的輸入與多位計數器［14］的輸出相連，數－模變換機構［15］的輸出與記錄儀［6］相連。

發明人曾將本儀器在幾個地震臺站試用，經實際測量，該儀器所測應力靈敏度約為0.005牛頓／厘米²；在使用普通長圖記錄儀的情況下，測量精度優于0.01％。