CN102322814B - 光纤钻孔应变仪 - Google Patents

光纤钻孔应变仪 Download PDF

Info

Publication number
CN102322814B
CN102322814B CN2011102729506A CN201110272950A CN102322814B CN 102322814 B CN102322814 B CN 102322814B CN 2011102729506 A CN2011102729506 A CN 2011102729506A CN 201110272950 A CN201110272950 A CN 201110272950A CN 102322814 B CN102322814 B CN 102322814B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strain
optical fiber
tube
strain gauge
fiber drilling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2011102729506A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102322814A (zh
Inventor
张文涛
李芳�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN2011102729506A priority Critical patent/CN102322814B/zh
Publication of CN102322814A publication Critical patent/CN102322814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102322814B publication Critical patent/CN102322814B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种光纤钻孔应变仪，包括：应变筒，用于感受应变；充满应变筒内的液体，用于传递应变筒感受到的应变；端盖，用于密封；安装于应变筒底部的波纹管，用于感受应变筒内压力的变化；安装于应变筒底部的螺栓，用于灌注液体并密封；固定于波纹管的端部和应变筒底端的测量光栅，用于测量波纹管的端部位移；安装于应变筒底部的保护罩，用于保护光纤钻孔应变仪内部结构；光缆，用于连接安装于井底的光纤钻孔应变仪和地面解调设备；地面解调设备，用于解调测量光栅的波长变化，从而得到地应变值。利用本发明，解决了现有钻孔应变仪的电磁干扰、防雷击、零漂问题。

Description

光纤钻孔应变仪
技术领域
本发明涉及地震探测技术领域，尤其涉及一种光纤钻孔应变仪。
背景技术
在区域应力场作用下地壳会发生变形，钻孔应变观测是研究地壳变形和地应力场变化的一种重要手段。钻孔应变仪能将地震和火山活动当时及其前后的地壳形变，以分钟甚至接近测震的采样时间连续记录下来。因此在地震预测预报和地球物理研究中发挥着重要的作用。
现有的钻孔应变仪包括体应变仪和分量式应变仪(邱泽华等，“国外钻孔应变观测的发展现状”，地震学报，2004)。但是不论哪种应变仪，均采用电学传感器进行探测。如我国的FZY-1型钻孔应变仪采用电容传感器(李海亮等，“FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计”，地震地磁观测与研究，2004)，日本的山内常生采用电磁传感器，我国的王启民提出了“弦频式钻孔应变仪(中国专利申请CN86100074A)，等等。这些电学式的钻孔应变仪都具有相同的缺点，第一，不能抗雷击，抗电磁干扰；第二，零漂问题严重(邱泽华等，“国外钻孔应变观测的发展现状”，地震学报，2004)。
光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势，尤其具有抗电磁干扰、不怕雷击、无零漂的特点。
因此，我们提出一种光纤钻孔应变仪，用于在地震探测领域的地应变探测，重点解决现有钻孔应变仪的电磁干扰、防雷击、零漂问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤钻孔应变仪，以解决现有钻孔应变仪的电磁干扰、防雷击、零漂问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种光纤钻孔应变仪，包括：应变筒20，用于感受应变；充满应变筒20内的液体50，用于传递应变筒20感受到的应变；端盖10，用于密封；安装于应变筒20底部的波纹管40，用于感受应变筒20内压力的变化；安装于应变筒20底部的螺栓80，用于灌注液体50并密封；固定于波纹管40的端部和应变筒20底端26的测量光栅60，用于测量波纹管40的端部位移；安装于应变筒20底部的保护罩70，用于保护光纤钻孔应变仪内部结构；光缆65，用于连接安装于井底的光纤钻孔应变仪和地面解调设备90；地面解调设备90，用于解调测量光栅60的波长变化，从而得到地应变值。
上述方案中，所述波纹管40与应变筒20内的液体50联通，用于测量液体50的压力变化。
上述方案中，所述保护罩70上进一步开有孔71，以便测量光栅60的尾纤引出。
上述方案中，所述应变筒20的侧壁25刚度小于底端26和端盖10的刚度。
上述方案中，所述光纤光栅60具有一定的初始应力。
上述方案中，在所述应变筒20的底端26上进一步安装一螺柱28，以便于固定测量光栅60。
上述方案中，所述应变筒20内进一步装有一柱体30，用于改变光纤钻孔应变仪的温度特性。
上述方案中，所述波纹管40的端部进一步安装有温度补偿光栅61，用于进行温度补偿。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种光纤钻孔应变仪，在井下无任何电子元器件，抗电磁干扰。
2、本发明提供的这种光纤钻孔应变仪，通过光缆连接井下仪器，光缆可无金属，故防雷击。
3、本发明提供的这种光纤钻孔应变仪，采用波长调制型的光线光栅传感器，减小了钻孔应变仪的零漂问题。
附图说明
图1为本发明提供的光纤钻孔应变仪的示意图；
图2为本发明提供的光纤钻孔应变仪在井下安装的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参照图1-图2，本发明提供的光纤钻孔应变仪包括：应变筒20，用于感受应变；充满应变筒20内的液体50，用于传递应变筒20感受到的应变；端盖10，用于密封；安装于应变筒20底部的波纹管40，用于感受应变筒20内压力的变化；安装于应变筒20底部的螺栓80，用于灌注液体50并密封；固定于波纹管40的端部和应变筒20底端26的测量光栅60，用于测量波纹管40的端部位移；安装于应变筒20底部的保护罩70，用于保护体应变仪内部结构，光缆65，用于连接安装于井底的光纤钻孔应变仪和地面解调设备90；地面解调设备90，用于解调测量光栅60的波长变化，从而得到地应变值。
波纹管40与应变筒20内的液体50联通，用于测量液体50的压力变化。保护罩70上进一步开有孔71，以便测量光栅60的尾纤引出。应变筒20的侧壁25刚度小于(或远小于)底端26和端盖10的刚度。测量光栅60具有一定的初始应力，可在应变筒20的底端26上进一步安装一螺柱28以便于固定测量光栅60。波纹管40的端部可进一步安装有温度补偿光栅61，温度补偿光栅61处于应力自由状态，仅感受温度变化，用于进行温度补偿。
应变筒20内可进一步装有一柱体30，用于改变光纤钻孔应变仪的温度特性。柱体30可安装于端盖10上。应变筒20内的液体50由于柱体30的存在而体积减少。柱体30的温度膨胀系数小于(或远小于)液体50，当光纤钻孔应变仪所处环境温度发生改变时，液体50由温度膨胀引起的压力变化将大大减小。
本发明提供的光纤钻孔应变仪的工作原理为，参考图1和图2，将端盖10、应变筒20、波纹管40、测量光栅60等组装好后，由孔22注入液体50，并通过螺栓80密封。将钻孔应变仪100放入井下后，通过浇注水泥砂浆92，使光纤钻孔应变仪100与井的套管91紧密结合，当地壳应力发生变化使岩层中发生应变时，使应变筒20的侧壁发生形变，从而导致液体50的压力发生变化，进而使波纹管40的端部发生位移。因此固定于波纹管40的端部和应变筒20底端26的测量光栅60产生应变，从而输出波长发生变化。光信号通过光缆65传输到地面的解调设备90，通过解调设备90检测测量光栅60的波长变化从而解调出地应变信号。同时，通过解调设备检测温度补偿光栅61的波长变化，从而进行温度补偿。解调设备90可为现在商业的光纤光栅解调设备。
需要说明的是，对于波长调制型光纤传感器，敏感元件不限于光纤光栅，即测量光栅60可被其它器件替换而取得相同效果，其它器件如光纤激光器、长周期光栅、啁啾光栅等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤钻孔应变仪，其特征在于，包括：
应变筒(20)，用于感受应变；
充满应变筒(20)内的液体(50)，用于传递应变筒(20)感受到的应变；
端盖(10)，用于密封；
安装于应变筒(20)底部的波纹管(40)，用于感受应变筒(20)内压力的变化；
安装于应变筒(20)底部的螺栓(80)，用于灌注液体(50)并密封；
固定于波纹管(40)的端部和应变筒(20)底端(26)的测量光栅(60)，用于测量波纹管(40)的端部位移；
安装于应变筒(20)底部的保护罩(70)，用于保护光纤钻孔应变仪内部结构；
光缆(65)，用于连接安装于井底的光纤钻孔应变仪和地面解调设备(90)；
地面解调设备(90)，用于解调测量光栅(60)的波长变化，从而得到地应变值；
其中，所述应变筒(20)的侧壁(25)刚度小于底端(26)和端盖(10)的刚度。
2.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述波纹管(40)与应变筒(20)内的液体(50)联通，用于测量液体(50)的压力变化。
3.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述保护罩(70)上进一步开有孔(71)，以便测量光栅(60)的尾纤引出。
4.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述测量光栅(60)具有一定的初始应力。
5.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，在所述应变筒(20)的底端(26)上进一步安装一螺柱(28)，以便于固定测量光栅(60)。
6.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述应变筒(20)内进一步装有一柱体(30)，用于改变光纤钻孔应变仪的温度特性。
7.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述波纹管(40)的端部进一步安装有温度补偿光栅(61)，用于进行温度补偿。
CN2011102729506A 2011-09-15 2011-09-15 光纤钻孔应变仪 Expired - Fee Related CN102322814B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102729506A CN102322814B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 光纤钻孔应变仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102729506A CN102322814B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 光纤钻孔应变仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102322814A CN102322814A (zh) 2012-01-18
CN102322814B true CN102322814B (zh) 2013-12-04

Family

ID=45450610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102729506A Expired - Fee Related CN102322814B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 光纤钻孔应变仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102322814B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103063177B (zh) * 2012-12-27 2015-08-19 太原航空仪表有限公司 一种耐高温高压高精度敏感元件
CN104697676A (zh) * 2015-03-26 2015-06-10 哈尔滨工程大学 一种长基线应变仪和船体梁应力长期监测装置
CN106767669B (zh) * 2017-03-28 2022-11-29 天津城建大学 土体单向应变测试装置及其测试方法
CN108332706B (zh) * 2018-04-16 2023-11-17 应急管理部国家自然灾害防治研究院 一种用于钻孔应变测量的井下双套筒探头

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1004651B (zh) * 1986-01-10 1989-06-28 河南省地震局 弦频式钻孔应变仪
US5877426A (en) * 1997-06-27 1999-03-02 Cidra Corporation Bourdon tube pressure gauge with integral optical strain sensors for measuring tension or compressive strain
CN100359309C (zh) * 2005-09-30 2008-01-02 合肥工业大学 深海压力传感器及其应用
CN101280690A (zh) * 2008-03-14 2008-10-08 山东省科学院激光研究所 压力传感器
CN102089618A (zh) * 2008-07-22 2011-06-08 香港理工大学 温度补偿光纤应变仪

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1004651B (zh) * 1986-01-10 1989-06-28 河南省地震局 弦频式钻孔应变仪
US5877426A (en) * 1997-06-27 1999-03-02 Cidra Corporation Bourdon tube pressure gauge with integral optical strain sensors for measuring tension or compressive strain
CN100359309C (zh) * 2005-09-30 2008-01-02 合肥工业大学 深海压力传感器及其应用
CN101280690A (zh) * 2008-03-14 2008-10-08 山东省科学院激光研究所 压力传感器
CN102089618A (zh) * 2008-07-22 2011-06-08 香港理工大学 温度补偿光纤应变仪

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计;李海亮 等;《地震地磁观测与研究》;20040229;第25卷(第1期);69-77 *
国外钻孔应变观测的发展现状;邱泽华 等;《地震学报》;20041130;第26卷;162-169 *
李海亮 等.FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计.《地震地磁观测与研究》.2004,第25卷(第1期),69-77.
邱泽华 等.国外钻孔应变观测的发展现状.《地震学报》.2004,第26卷162-169.

Also Published As

Publication number Publication date
CN102322814A (zh) 2012-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102359765B (zh) 分量式光纤钻孔应变仪
CN103821507B (zh) 立井井壁变形分布式光纤检测方法
US9677396B2 (en) Method and apparatus for permanent measurement of wellbore formation pressure from an in-situ cemented location
CN102322814B (zh) 光纤钻孔应变仪
US10677945B2 (en) Hydrophone housing
CN105180900B (zh) 一种光纤倾斜仪
CN108332706B (zh) 一种用于钻孔应变测量的井下双套筒探头
CN107356356A (zh) 一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统
CN107402087A (zh) 一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统
CN207074097U (zh) 一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统
CN103089243A (zh) 一种磁性套管中钻井方位角的测量方法
CN205280055U (zh) 基于光纤f-p腔压力传感器的一体化沉降监测装置
CN101782443B (zh) 一种综采液压支架光纤光栅压力传感器
CN201561828U (zh) 光纤光栅地质灾害监测仪
CN102359766B (zh) 光纤体应变仪
CN205102959U (zh) 一种水下拉力测量装置
CN102508300A (zh) 地震地下流体观测井及用其测定地震前兆异常信息的系统和方法
CN102435147B (zh) 一种测量状态量的光纤钻孔应变仪
CN109631964A (zh) 一种无胶化双参数多组测量段的单模光纤传感测头
CN104234701B (zh) 一种井下光纤压力计及井下压力测量方法
CN206891626U (zh) 一种新型光纤光栅土压力传感器
CN204902832U (zh) 一种光纤倾斜仪
CN210603212U (zh) 一种自带温度监测的光纤光栅基岩变位计
CN207248396U (zh) 一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统
CN203231842U (zh) 一种温度自补偿光纤光栅锚杆测力环

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20131204

Termination date: 20160915

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee