專(zhuān)利名稱：分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀。
背景技術(shù)：
在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下地殼會(huì)發(fā)生變形，鉆孔應(yīng)變觀測(cè)是研究地殼變形和地應(yīng)力場(chǎng)變化的一種重要手段。鉆孔應(yīng)變儀能將地震和火山活動(dòng)當(dāng)時(shí)及其前后的地殼形變，以分鐘甚至接近測(cè)震的采樣時(shí)間連續(xù)記錄下來(lái)。因此在地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和地球物理研究中發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)有的鉆孔應(yīng)變儀包括體應(yīng)變儀和分量式應(yīng)變儀(邱澤華等，“國(guó)外鉆孔應(yīng)變觀測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀”，地震學(xué)報(bào)，2004)。但是不論哪種應(yīng)變儀，均采用電學(xué)傳感器進(jìn)行探測(cè)。如我國(guó)的FZY-I型鉆孔應(yīng)變儀采用電容傳感器(李海亮等，“FZY-1型多分量式鉆孔應(yīng)變儀的設(shè)計(jì)”，地震地磁觀測(cè)與研究，2004)，日本的山內(nèi)常生采用電磁傳感器，我國(guó)的王啟民提出了 “弦頻式鉆孔應(yīng)變儀(中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN86100074A) ”，池順良提出的“多分量同平面徑向位移式鉆孔應(yīng)變儀(中國(guó)專(zhuān)利200320103157. 4) ”，等等。這些電學(xué)式的鉆孔應(yīng)變儀都具有相同的缺點(diǎn)，第一，不能抗雷擊，抗電磁干擾；第二，零漂問(wèn)題嚴(yán)重(邱澤華等，“國(guó)外鉆孔應(yīng)變觀測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀”，地震學(xué)報(bào)，2004)。光纖傳感器與對(duì)應(yīng)的常規(guī)傳感器相比，在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、可靠性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其具有抗電磁干擾、不怕雷擊、無(wú)零漂的特點(diǎn)。因此，本發(fā)明提出一種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，用于在地震探測(cè)領(lǐng)域的地應(yīng)變探測(cè)，重點(diǎn)解決現(xiàn)有鉆孔應(yīng)變儀的電磁干擾，防雷擊，零漂問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，以解決現(xiàn)有鉆孔應(yīng)變儀的電磁干擾、防雷擊、零漂等問(wèn)題。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，包括應(yīng)變筒20，用于感受應(yīng)變；安裝于應(yīng)變筒20 —端的端蓋10，用于密封；不少于一個(gè)的安裝于應(yīng)變筒20內(nèi)部的曲型梁60，用于將應(yīng)變筒20的形變轉(zhuǎn)變成軸向位移；不少于一個(gè)的固定于曲型梁60 的中部和端蓋10之間的測(cè)量光柵40，用于測(cè)量應(yīng)變；安裝于應(yīng)變筒20另一端的頂蓋50，用于保護(hù)分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并密封；光纜41，用于連接安裝于井底的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀和地面解調(diào)設(shè)備90 ；地面解調(diào)設(shè)備90，用于解調(diào)測(cè)量光柵40的波長(zhǎng)變化， 從而得到地應(yīng)變值。上述方案中，所述曲型梁60和測(cè)量光柵40成對(duì)安裝，且一般為三對(duì)并互成一定角度，用于測(cè)量各個(gè)分量的應(yīng)變。上述方案中，所述端蓋10上進(jìn)一步安裝有凸臺(tái)11，以便于測(cè)量光柵40的安裝固定。上述方案中，所述應(yīng)變筒20的側(cè)壁剛度小于端蓋10或頂蓋50的剛度。上述方案中，所述測(cè)量光柵40具有一定的初始應(yīng)力。上述方案中，所述頂蓋50上進(jìn)一步開(kāi)有孔51，便于測(cè)量光柵40的尾纖引出。上述方案中，所述曲型梁60的兩端與應(yīng)變筒20的內(nèi)壁緊密接觸。上述方案中，所述應(yīng)變筒20內(nèi)進(jìn)一步安裝一溫度補(bǔ)償光柵45，用于進(jìn)行溫度補(bǔ) m
te ο上述方案中，所述溫度補(bǔ)償光柵45通過(guò)螺釘22固定于應(yīng)變筒20內(nèi)壁，使溫度補(bǔ)償光柵45處于應(yīng)力自由狀態(tài)，從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，在井下無(wú)任何電子元器件，抗電磁干擾。2、本發(fā)明提供的這種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，通過(guò)光纜連接井下儀器，光纜可無(wú)金屬，故防雷擊。3、本發(fā)明提供的這種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，采用波長(zhǎng)調(diào)制型的光線光柵傳感器，減小了鉆孔應(yīng)變儀的零漂問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的截面示意圖；圖3為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的曲型梁60的另一種安裝方式的截面示意圖；圖4為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀在井下安裝的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參照?qǐng)D1-圖4，其中圖1為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的示意圖，圖2 為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的截面示意圖，圖3為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的曲型梁60的另一種安裝方式的截面示意圖，圖4為本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀在井下安裝的示意圖。本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀包括應(yīng)變筒20，用于感受應(yīng)變；端蓋10，用于密封；不少于一個(gè)的安裝于應(yīng)變筒20內(nèi)部的曲型梁60，用于將應(yīng)變筒20的形變轉(zhuǎn)變成軸向位移；不少于一個(gè)的固定于曲型梁60的中部和端蓋10之間的測(cè)量光柵40，用于測(cè)量應(yīng)變；頂蓋50，用于保護(hù)分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并密封；光纜41，用于連接安裝于井底的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀和地面解調(diào)設(shè)備90 ；地面解調(diào)設(shè)備90，用于解調(diào)測(cè)量光柵 40的波長(zhǎng)變化，從而得到地應(yīng)變值。曲型梁60的兩端與應(yīng)變筒20的內(nèi)壁緊密接觸，其安裝方式可以為在應(yīng)變筒20的
4內(nèi)壁上開(kāi)一螺紋孔21，通過(guò)螺栓將曲型梁60固定在應(yīng)變筒20的內(nèi)壁。曲型梁60和測(cè)量光柵40成對(duì)安裝，且一般為三對(duì)并互成一定角度，用于測(cè)量各個(gè)分量的應(yīng)變。其典型安裝方式有兩種一種是三個(gè)曲型梁60互成120度角安裝(圖2、；另一種是三個(gè)曲型梁60中的兩個(gè)互相垂直安裝，另外一個(gè)與前兩個(gè)分別成45度角安裝(圖幻。端蓋10上可進(jìn)一步安裝有凸臺(tái)11，以便于測(cè)量光柵40安裝固定，測(cè)量光柵40的安裝方法一般為粘接。應(yīng)變筒 20的側(cè)壁剛度小于(或遠(yuǎn)小于)端蓋10和頂蓋50的剛度，以保證在地應(yīng)力作用下有足夠的變形量。測(cè)量光柵40具有一定的初始應(yīng)力，使之既可以檢測(cè)正應(yīng)變也可檢測(cè)負(fù)應(yīng)變。頂蓋50上可進(jìn)一步開(kāi)有孔51，便于測(cè)量光柵40的尾纖引出與光纜41相連。本發(fā)明提供的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的工作原理為，參考圖1和圖4，將端蓋10、 應(yīng)變筒20、曲型梁60、測(cè)量光柵40、頂蓋50等組裝好后，測(cè)量光柵40的尾纖通過(guò)孔51引出與光纜41相連。將鉆孔應(yīng)變儀100放入井下后，通過(guò)澆注水泥砂漿92，使分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀100與井的套管91緊密結(jié)合，當(dāng)?shù)貧?yīng)力發(fā)生變化使巖層中發(fā)生應(yīng)變時(shí)，使應(yīng)變筒 20的側(cè)壁發(fā)生形變，三個(gè)不同方向的曲型梁60可分別感受不同方向的應(yīng)變，并引起固定曲型梁60上的測(cè)量光柵40發(fā)生應(yīng)變，從而測(cè)量光柵40的輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化。光信號(hào)通過(guò)光纜41傳輸?shù)降孛娴慕庹{(diào)設(shè)備90，通過(guò)解調(diào)設(shè)備90檢測(cè)測(cè)量光柵40的波長(zhǎng)變化從而解調(diào)出地應(yīng)變信號(hào)。此外，可以進(jìn)一步在應(yīng)變筒20內(nèi)安裝一溫度補(bǔ)償光柵45，溫度補(bǔ)償光柵45通過(guò)螺釘22固定于應(yīng)變筒20內(nèi)壁，使溫度補(bǔ)償光柵45處于應(yīng)力自由狀態(tài)，從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償。需要說(shuō)明的是，對(duì)于波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器，敏感元件不限于光纖光柵，即測(cè)量光柵60可被其它器件替換而取得相同效果，其它器件如光纖激光器、長(zhǎng)周期光柵、啁啾光柵寸。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，包括 應(yīng)變筒(20)，用于感受應(yīng)變；安裝于應(yīng)變筒00) —端的端蓋(10)，用于密封；不少于一個(gè)的安裝于應(yīng)變筒00)內(nèi)部的曲型梁(60)，用于將應(yīng)變筒00)的形變轉(zhuǎn)變成軸向位移；不少于一個(gè)的固定于曲型梁(60)的中部和端蓋(10)之間的測(cè)量光柵(40)，用于測(cè)量應(yīng)變；安裝于應(yīng)變筒00)另一端的頂蓋(50)，用于保護(hù)分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并密封；光纜(41)，用于連接安裝于井底的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀和地面解調(diào)設(shè)備(90)； 地面解調(diào)設(shè)備(90)，用于解調(diào)測(cè)量光柵00)的波長(zhǎng)變化，從而得到地應(yīng)變值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述曲型梁(60)和測(cè)量光柵GO)成對(duì)安裝，且一般為三對(duì)并互成一定角度，用于測(cè)量各個(gè)分量的應(yīng)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述端蓋(10)上進(jìn)一步安裝有凸臺(tái)(11)，以便于測(cè)量光柵GO)的安裝固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述應(yīng)變筒00)的側(cè)壁剛度小于端蓋(10)或頂蓋(50)的剛度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述測(cè)量光柵GO)具有一定的初始應(yīng)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述頂蓋(50)上進(jìn)一步開(kāi)有孔(51)，便于測(cè)量光柵(40)的尾纖引出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述曲型梁(60)的兩端與應(yīng)變筒00)的內(nèi)壁緊密接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述應(yīng)變筒00)內(nèi)進(jìn)一步安裝一溫度補(bǔ)償光柵(45)，用于進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償光柵 (45)通過(guò)螺釘02)固定于應(yīng)變筒00)內(nèi)壁，使溫度補(bǔ)償光柵G5)處于應(yīng)力自由狀態(tài)，從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀，包括應(yīng)變筒，用于感受應(yīng)變；安裝于應(yīng)變筒一端的端蓋，用于密封；不少于一個(gè)的安裝于應(yīng)變筒內(nèi)部的曲型梁，用于將應(yīng)變筒的形變轉(zhuǎn)變成軸向位移；不少于一個(gè)的固定于曲型梁的中部和端蓋之間的測(cè)量光柵，用于測(cè)量應(yīng)變；安裝于應(yīng)變筒另一端的頂蓋，用于保護(hù)分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并密封；光纜，用于連接安裝于井底的分量式光纖鉆孔應(yīng)變儀和地面解調(diào)設(shè)備；地面解調(diào)設(shè)備，用于解調(diào)測(cè)量光柵的波長(zhǎng)變化，從而得到地應(yīng)變值。利用本發(fā)明，解決了現(xiàn)有鉆孔應(yīng)變儀的電磁干擾、防雷擊、零漂等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01V1/52GK102359765SQ201110272389
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者張文濤, 李芳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所