專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(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，尤其涉及一種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(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)，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，不能解決零漂問(wèn)題(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)。周振安等人提出了可在觀測(cè)室內(nèi)的基巖上安裝的光纖光柵應(yīng)變儀(周振安等，“光纖光柵傳感器用于高精度應(yīng)變測(cè)量研究”，地球物理學(xué)進(jìn)展，2005)，但是，由于光纖光柵在長(zhǎng)期工作中會(huì)受到蠕變的影響，故可減小零漂的影響，但不能在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中解決零漂的問(wèn)題。因此，本發(fā)明提出一種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(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)變儀的防雷擊和零漂問(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測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，以解決現(xiàn)有鉆孔應(yīng)變儀的防雷擊和零漂問(wèn)題。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，包括應(yīng)變筒 20，用于感受體應(yīng)變；充滿(mǎn)應(yīng)變筒20內(nèi)的液體50，用于傳遞應(yīng)變筒20感受到的體應(yīng)變；端蓋10，用于密封；安裝于應(yīng)變筒20底部的膜片65，用于感受應(yīng)變筒20內(nèi)容積的變化，并與光纖90的端面形成一個(gè)低反射測(cè)量干涉儀；安裝于應(yīng)變筒20底部的螺栓80，用于灌注液體50并密封；固定于膜片65外側(cè)的光纖90，用于測(cè)量膜片65的形變；安裝于應(yīng)變筒20底部的保護(hù)罩70，用于保護(hù)體應(yīng)變儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)；參考干涉儀83，用于與低反射測(cè)量干涉儀匹配，從而得到干涉儀的腔長(zhǎng)長(zhǎng)度；光源82，用于給系統(tǒng)提供光源；耦合器81，用于連接光源 82、光纖90、參考干涉儀83 ；以及探測(cè)器84，用于探測(cè)參考干涉儀的輸出光強(qiáng)，從而得到應(yīng)變大小。上述方案中，所述膜片65與應(yīng)變筒20內(nèi)的液體50接觸，用于測(cè)量液體50的壓力變化。上述方案中，所述保護(hù)罩70上進(jìn)一步開(kāi)有孔71，以便光纖90的尾纖引出。上述方案中，所述應(yīng)變筒20的側(cè)壁25剛度遠(yuǎn)小于底端26和端蓋10的剛度。上述方案中，所述應(yīng)變筒20的底端26進(jìn)一步開(kāi)有一階梯孔21，孔21中有一凸臺(tái) 22，以便于膜片65的安裝。上述方案中，所述應(yīng)變筒20內(nèi)可進(jìn)一步裝有一柱體30，用于改變測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的溫度特性。上述方案中，所述光纖90的端部可進(jìn)一步安裝一個(gè)固定柱60，固定柱60中有一孔 61用于光纖90穿過(guò)并固定，固定柱60可安裝在階梯孔21較粗的一側(cè)，以便于光纖90的安裝。上述方案中，所述光纖90與膜片65相對(duì)的端面以及膜片65與光纖90相對(duì)的一側(cè)的表面光潔度較高，以便形成低反射測(cè)量光纖干涉儀。上述方案中，所述參考干涉儀83的腔長(zhǎng)可調(diào)。上述方案中，所述柱體30的溫度膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于液體50，當(dāng)測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀所處環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，液體50由溫度膨脹引起的壓力變化將減小。(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)明提供的這種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(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。2、本發(fā)明提供的這種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，通過(guò)兩個(gè)干涉儀進(jìn)行匹配測(cè)量，可測(cè)量出測(cè)量干涉儀的絕對(duì)腔長(zhǎng)值，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)變的狀態(tài)量測(cè)量，解決了體應(yīng)變儀的零漂問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的應(yīng)變筒20的底端26部位的示意圖；圖3為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的膜片65的安裝示意圖；圖4為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(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1為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的示意圖。該該測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀包括應(yīng)變筒20，用于感受體應(yīng)變；充滿(mǎn)應(yīng)變筒20內(nèi)的液體 50，用于傳遞應(yīng)變筒20感受到的體應(yīng)變；端蓋10，用于密封；安裝于應(yīng)變筒20底部的膜片 65，用于感受應(yīng)變筒20內(nèi)容積的變化，并與光纖90的端面形成一個(gè)低反射測(cè)量干涉儀；安裝于應(yīng)變筒20底部的螺栓80，用于灌注液體50并密封；固定于膜片65外側(cè)的光纖90，用于測(cè)量膜片65的形變；安裝于應(yīng)變筒20底部的保護(hù)罩70，用于保護(hù)體應(yīng)變儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)；參考干涉儀83，用于與低反射測(cè)量干涉儀匹配，從而得到干涉儀的腔長(zhǎng)長(zhǎng)度；光源82，用于給系統(tǒng)提供光源，且一般為白光光源(寬帶光源)；耦合器81，用于連接光源82、光纖90、參考干涉儀83 ；探測(cè)器84，用于探測(cè)參考干涉儀的輸出光強(qiáng)，從而得到應(yīng)變大小。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的應(yīng)變筒20的底端26部位的示意圖。應(yīng)變筒20的底端26進(jìn)一步開(kāi)有一階梯孔21，孔21中有一凸臺(tái)22， 以便于膜片65的安裝。光纖90的端部可進(jìn)一步安裝一個(gè)固定柱60，固定柱60可有外螺紋，并通過(guò)螺紋配合安裝在階梯孔21較粗的一側(cè)(可在階梯孔21較粗的一側(cè)有內(nèi)螺紋)， 以便于光纖90的安裝。如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的膜片65的安裝示意圖。固定柱60與膜片65相對(duì)的一端可進(jìn)一步開(kāi)有一凹槽66，以便形成干涉腔66。膜片65可通過(guò)固定柱60通過(guò)螺紋固定并密封。固定柱60中有一孔61用于光纖90穿過(guò)并固定，孔61與光纖90的外徑相近，可通過(guò)膠粘的方式固定光纖90。膜片65與應(yīng)變筒20內(nèi)的液體50接觸，用于測(cè)量應(yīng)變筒20內(nèi)的容積變化。應(yīng)變筒20的側(cè)壁25剛度遠(yuǎn)小于底端 26和端蓋10的剛度。如圖1所示，保護(hù)罩70上進(jìn)一步開(kāi)有孔71，以便光纖90的尾纖引出。應(yīng)變筒20 內(nèi)可進(jìn)一步裝有一柱體30，用于改變測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的溫度特性。柱體30可安裝于端蓋10上。應(yīng)變筒20內(nèi)的液體50由于柱體30的存在而體積減少。柱體30的溫度膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于液體50，當(dāng)測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀所處環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，液體50由溫度膨脹引起的壓力變化將大大減小。光纖90與膜片65相對(duì)的端面以及膜片65與光纖90相對(duì)的一側(cè)的表面光潔度較高，以便形成低反射測(cè)量光纖干涉儀。本發(fā)明提供的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的工作原理為(參考圖4)，將鉆孔應(yīng)變儀放入井下后，通過(guò)澆注水泥砂漿92，使測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀與井的套管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，從而導(dǎo)致液體50的壓力發(fā)生變化，進(jìn)而使膜片65發(fā)生形變。膜片65的側(cè)面與光纖90的端面形成一個(gè)低反射測(cè)量干涉儀，膜片65的形變將改變?cè)摳缮鎯x的腔長(zhǎng)，即腔66的長(zhǎng)度。光從光源82發(fā)出的寬帶光信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器81進(jìn)入低反射測(cè)量干涉儀后在光纖90 的端面和膜片65的側(cè)面反射后發(fā)生干涉，干涉后的光再經(jīng)過(guò)耦合器81進(jìn)入?yún)⒖几缮鎯x83， 參考干涉儀83的腔長(zhǎng)可調(diào)，當(dāng)參考干涉儀83的腔長(zhǎng)和低反射測(cè)量干涉儀的腔長(zhǎng)相等時(shí)，探測(cè)器84接收到的輸出光強(qiáng)最大。因此通過(guò)在讀出讀出探測(cè)器84測(cè)量到的光強(qiáng)最大時(shí)的參考干涉儀83的腔長(zhǎng)，即可得到低反射測(cè)量干涉儀的腔長(zhǎng)，從而得到膜片65的變形量。而膜片65的變形量與鉆孔應(yīng)變儀感受到的體應(yīng)變是成正比的，因此可以計(jì)算得到體應(yīng)變值。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
1.一種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，包括 應(yīng)變筒(20)，用于感受體應(yīng)變；充滿(mǎn)應(yīng)變筒(20)內(nèi)的液體(50)，用于傳遞應(yīng)變筒(20)感受到的體應(yīng)變； 端蓋(10)，用于密封；安裝于應(yīng)變筒(20)底部的膜片(65)，用于感受應(yīng)變筒(20)內(nèi)容積的變化，并與光纖 (90)的端面形成一個(gè)低反射測(cè)量干涉儀；安裝于應(yīng)變筒(20)底部的螺栓(80)，用于灌注液體(50)并密封； 固定于膜片(65)外側(cè)的光纖(90)，用于測(cè)量膜片(65)的形變； 安裝于應(yīng)變筒(20)底部的保護(hù)罩(70)，用于保護(hù)體應(yīng)變儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 參考干涉儀(83)，用于與低反射測(cè)量干涉儀匹配，從而得到干涉儀的腔長(zhǎng)長(zhǎng)度； 光源(82)，用于給系統(tǒng)提供光源；耦合器(81)，用于連接光源(82)、光纖(90)、參考干涉儀(83)；以及探測(cè)器(84)，用于探測(cè)參考干涉儀的輸出光強(qiáng)，從而得到應(yīng)變大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述膜片(65) 與應(yīng)變筒(20)內(nèi)的液體(50)接觸，用于測(cè)量液體(50)的壓力變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述保護(hù)罩 (70)上進(jìn)一步開(kāi)有孔(71)，以便光纖(90)的尾纖引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述應(yīng)變筒 (20)的側(cè)壁(25)剛度遠(yuǎn)小于底端(26)和端蓋(10)的剛度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述應(yīng)變筒 (20)的底端(26)進(jìn)一步開(kāi)有一階梯孔(21)，孔(21)中有一凸臺(tái)(22)，以便于膜片(65)的安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述應(yīng)變筒 (20)內(nèi)可進(jìn)一步裝有一柱體(30)，用于改變測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀的溫度特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述光纖(90) 的端部可進(jìn)一步安裝一個(gè)固定柱(60)，固定柱(60)中有一孔(61)用于光纖(90)穿過(guò)并固定，固定柱(60)可安裝在階梯孔(21)較粗的一側(cè)，以便于光纖(90)的安裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述光纖(90) 與膜片(65)相對(duì)的端面以及膜片(65)與光纖(90)相對(duì)的一側(cè)的表面光潔度較高，以便形成低反射測(cè)量光纖干涉儀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述參考干涉儀(83)的腔長(zhǎng)可調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，其特征在于，所述柱體(30) 的溫度膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于液體(50)，當(dāng)測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀所處環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，液體(50)由溫度膨脹引起的壓力變化將減小。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量狀態(tài)量的光纖鉆孔應(yīng)變儀，包括應(yīng)變筒，用于感受體應(yīng)變；充滿(mǎn)應(yīng)變筒內(nèi)的液體，用于傳遞應(yīng)變筒感受到的體應(yīng)變；端蓋，用于密封；安裝于應(yīng)變筒底部的膜片，用于感受應(yīng)變筒內(nèi)容積的變化，并與光纖的端面形成一個(gè)低反射測(cè)量干涉儀；安裝于應(yīng)變筒底部的螺栓，用于灌注液體并密封；固定于膜片外側(cè)的光纖，用于測(cè)量膜片的形變；安裝于應(yīng)變筒底部的保護(hù)罩，用于保護(hù)體應(yīng)變儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)；參考干涉儀，用于與低反射測(cè)量干涉儀匹配，從而得到干涉儀的腔長(zhǎng)長(zhǎng)度；光源，用于給系統(tǒng)提供光源；耦合器，用于連接光源、光纖、參考干涉儀；以及探測(cè)器，用于探測(cè)參考干涉儀的輸出光強(qiáng)。利用本發(fā)明，解決了現(xiàn)有鉆孔應(yīng)變儀的防雷擊和零漂問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102435147SQ20111027292
公開(kāi)日2012年5月2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