CN102506694A

CN102506694A - 动态应变场观测系统

Info

Publication number: CN102506694A
Application number: CN2011103905469A
Authority: CN
Inventors: 郭玲莉; 刘力强; 陈国强; 刘天昌
Original assignee: INSTITUTE OF GEOLOGY CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Current assignee: INSTITUTE OF GEOLOGY CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN102506694B

Abstract

本发明公开了一种动态应变场观测系统，包括：张量测量布局模块，用于在样品表面待测的区域按照三边布局的方式设置应变片，并布设至少几十个应变片组成的应变测量网格；应变测量模块，用于对所述应变测量网格中各个应变片的应变值进行连续采集，并将采集结果数据发送到所述张量分析模块；张量分析模块用于对采集结果数据计算，将表达结果发送给动态应变椭圆表达模块；动态应变椭圆表达模块用于对表达结果进行处理，并输出被测样品上被测点的动态变形情况图。本发明实现多通道、高速、高频、低漂移、连续采集并恢复介质应变场的观测，同时也实现了对微小应变张量的绘图表达。

Description

动态应变场观测系统

技术领域

本发明涉及动力学应变测量领域，尤其涉及一种动态应变场观测系统。

背景技术

地震动力学试验中，要分析介质在应力作用下应变的变化情况。对介质应力应变的观测是一个非常重要的环节。

因此，应变测量是进行介质应力分析的重要途径，通过介质应变的观测，可以得到介质在应力作用下的应变变化。传统的应变测量是通过贴在介质表面的应变片的电阻值变化来实现对介质应变的观测，只能进行对介质缓慢变形或者是短时段内的应变情况进行测量。传统应变观测具有通道数少、测量速度缓慢、采样信号频率低、漂移量大或者不能连续采集的缺点。因此，传统的应变测量方式对介质应变的情况的恢复也是非常不利的，不能适应瞬态变形场的测量。

由于来自上百通道，几十个张量测点的数据用户无法直接通过数据来判断其应变状态。传统地质学对达到百分之几到几十的大变形应变用应变椭圆来表达，而应变片所测量的应变量往往都小于千分之几，一般仅为万分之几，一般绘图无法看清。上述这些便成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态应变场观测系统，以解决对应变观测的通道数少、低速度、采样低频率、大漂移量和采集不连续，以及如何对微小应变张量的绘图表达等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种动态应变场观测系统，其特征在于，包括：张量测量布局模块、应变测量模块、张量分析模块和动态应变椭圆表达模块；其中，

所述张量测量布局模块，用于在样品表面待测的区域按照三边布局的方式设置应变片，并布设至少几十个应变片组成的应变测量网格；

所述应变测量模块，用于对所述应变测量网格中各个应变片的应变值进行连续采集，并将采集结果数据发送到所述张量分析模块；

所述张量分析模块，用于对所述采集结果数据计算得到表达结果，将该表达结果发送给所述动态应变椭圆表达模块；

所述动态应变椭圆表达模块，用于对所述表达结果进行处理，并输出被测样品上被测点的动态变形情况图。

进一步地，其中，所述张量分析模块，通过摩尔图解析对采集结果数据计算得到以作图方式的表达结果，将该表达结果发送给所述动态应变椭圆表达模块；

所述动态应变椭圆表达模块，对所述表达结果进行动态应变椭圆处理，并输出具有应变椭圆的被测样品上被测点的动态变形情况图。

进一步地，其中，所述应变测量模块，包括：高精度直流电桥、低噪声模数转换电路和多线程与压缩作图技术单元；其中，所述高精度直流电桥与低噪声模数转换电路相连接，所述低噪声模数转换电路与压缩作图技术单元相连接。

进一步地，其中，所述作图方式的表达结果为包含每三个应变片所围区域上的应变状态数据，该应变状态数据包括：最大主应变、最小主应变与主应变方位角三个数据来表达。

进一步地，其中，所述应变状态数据，进一步还包括：剪应变体应变，该剪应变体应变是所述最大主应变的导出数值。

进一步地，其中，所述最大主应变为所述含有每三个应变片所围区域上的某个方位的最大变形；

所述最小主应变为与所述含有每三个应变片所围区域上的某个方位的最大变形垂直的方位的应变值；

所述主应变方位角为所述最大主应变的方位角。

进一步地，其中，所述动态变形情况图是以椭圆长轴代表拉张轴、椭圆短轴代表压缩轴和椭圆轴线的方位代表主应变方位角的图形。

进一步地，其中，所述以椭圆长轴代表拉张轴、椭圆短轴代表压缩轴和椭圆轴线的方位代表主应变方位角的图形是通过动态应变夸张系数来控制椭圆长轴的长度和椭圆短轴的长度。

进一步地，其中，所述动态应变夸张系数是一个50～200的倍数，通过该动态应变夸张系数用以倍乘测量的应变量，并通过这个倍乘后的应变量来控制椭圆长轴的长度和椭圆短轴的长度。

进一步地，其中，所述应变量为用所述应变片测量到的应变值。

与现有技术相比，本发明所述的动态应变场观测系统解决了对应变观测的通道数量少、低速度、采样低频率、大漂移量和采集不连续等缺点，并且实现多通道(128通道及以上)、高速(4KHz)、高频、低漂移、连续采集并恢复介质应变场的观测，同时也实现了对微小应变张量的绘图表达。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的动态应变场观测系统的步骤流程图；

图2为本发明实施例一所述的三角形应变片结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明实施例一所述动态应变场观测系统，包括：张量测量布局模块101、应变测量模块102、张量分析模块103和动态应变椭圆表达模块104，其中，

张量测量布局模块101，在样品表面待测的区域，按照三边布局的方式设置应变片(如图2所示)，并布设至少几十个应变片组成的应变测量网格。

其中，布设至少几十个应变片组成的应变测量网格，可以是布设由几十到上百应变片组成的应变测量网格。另外，所述布设的应变片之间的角度以及应变的尺寸可以随意选择，以适应不同的实验样品上所预制的构造形态。

应变测量模块102，用于通过利用高精度直流电桥、低噪声模数转换电路以及多线程与压缩作图技术的配合之下，对样品上应变测量网格中各个应变片的应变值进行连续采集，并将采集结果数据发送到张量分析模块103。

该应变测量模块102可以实现速度达到10KHz/s、有效分辨率达到1/万以上的采集。

该应变测量模块102包括：高精度直流电桥、低噪声模数转换电路和多线程与压缩作图技术单元，其中，所述高精度直流电桥与低噪声模数转换电路相连接，所述低噪声模数转换电路与压缩作图技术单元相连接；上述组成部分虽然采用都是现有技术中的装置或单元，但对其内部进行特殊设定以实现所述应变测量模块102的目的，具体地：

高精度直流电桥，采用隔离电源与强滤波技术，使得供给电桥的电源噪声小于100μV(微伏特)，高精度直流电桥桥臂电阻选用温度漂移系数小于5ppm(百万分之五)的电阻，使得高精度直流具有极高的温度稳定性。

低噪声模数转换电路，采用专用的低噪声电路设计，选用高分辨率的16Bit分辨率模数转换器，使得数据采集精度在128通道，每通道采样速度为10KHz/s(每秒一万次)的情况下，达到均方差噪声不大于2个字(有效分辨率达到1/万以上)。

多线程与压缩作图技术单元，其中多线程技术能够并行处理两个线程，进行数据采集存储与实时作图。在现有的多核计算机的硬件平台上，两个线程各自运行，互不干扰，保证了数据的连续性，完备性与可视性。另外，压缩作图技术能够实时形象表达每秒钟产生约2.56兆字节(2,560,000Byte)的数据，使用户在实验中能够实时监测到数据变化，决定实验的进程。

张量分析模块103，用于接收应变测量模块102输出的采集结果数据，通过摩尔图解析(力学解算方法)对采集结果数据进行计算，并以作图方式表达结果，该表达结果包含每三个应变片所围区域上的应变状态数据，将该表达结果输出给动态应变椭圆表达模块104。

其中，所述通过摩尔图解析(力学解算方法)对采集结果数据进行计算，主要是通过计算机自动识别技术，在设计底图辅助下，对每三个应变片所围区域上的应变状态的采集结果数据进行计算。

其中，所述含有每三个应变片所围区域上的应变状态数据，包括：最大主应变、最小主应变与主应变方位角三个数据来表达。

所述最大主应变为所述含有每三个应变片所围区域上的某个方位的最大变形。

所述最小主应变为与所述含有每三个应变片所围区域上的某个方位的最大变形垂直的方位的应变值。

所述主应变方位角为所述最大主应变的方位角。

还可以进一步包括：剪应变体应变，该剪应变体应变是最大主应变的导出数值；还可以包括：通过求解在测点任意方位上的应变分量，获得该测点的方位角上的“应变投影”值。

动态应变椭圆表达模块104，用于接收张量分析模块103输出的表达结果，对该表达结果进行动态应变椭圆处理并输出具有应变椭圆的被测介质上被测点的动态变形情况图。

具体地，在该具有应变椭圆的被测介质上被测点的动态变形情况图中，所述动态变形情况图是以椭圆长轴代表拉张轴、椭圆短轴代表压缩轴和椭圆轴线的方位代表主应变方位角的图形。

而具有应变椭圆的被测介质上被测点的动态变形情况图是通过“动态应变夸张系数”来实现以椭圆长轴代表拉张轴，以椭圆短轴代表压缩轴，以椭圆轴线的方位代表主应变方位角的图形。“动态应变夸张系数”是指定一个夸张的倍数，该系数取值范围在50～200倍之间，该系数用以倍乘实测的应变量(所述应变量为用所述应变片测到的应变值)，用这个倍乘后的应变量去决定应变椭圆长短轴的长度。通过该“动态应变夸张系数”可以克服被测介质上被测点的小应变片看不清的问题。

综上所述，与现有技术相比，本发明所述的动态应变场观测系统解决了对应变观测的通道较少、低速度、采样低频率、大漂移量和采集不连续等缺点，实现了多通道(128通道及以上)、高频(10KHz)、低漂移、连续采集并动态表达应变场的观测，同时解决了对微小应变张量难以绘图表达的问题。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种动态应变场观测系统，其特征在于，包括：张量测量布局模块、应变测量模块、张量分析模块和动态应变椭圆表达模块；其中，

2.如权利要求1所述的动态应变场观测系统，其特征在于，

所述张量分析模块，通过摩尔图解析对采集结果数据计算得到以作图方式的表达结果，将该表达结果发送给所述动态应变椭圆表达模块；

3.如权利要求1所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述应变测量模块，包括：高精度直流电桥、低噪声模数转换电路和多线程与压缩作图技术单元；其中，所述高精度直流电桥与低噪声模数转换电路相连接，所述低噪声模数转换电路与压缩作图技术单元相连接。

4.如权利要求1所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述作图方式的表达结果为包含每三个应变片所围区域上的应变状态数据，该应变状态数据包括：最大主应变、最小主应变与主应变方位角三个数据来表达。

5.如权利要求4所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述应变状态数据，进一步还包括：剪应变体应变，该剪应变体应变是所述最大主应变的导出数值。

6.如权利要求4所述的动态应变场观测系统，其特征在于，

所述最大主应变为所述含有每三个应变片所围区域上的某个方位的最大变形；

所述主应变方位角为所述最大主应变的方位角。

7.如权利要求1所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述动态变形情况图是以椭圆长轴代表拉张轴、椭圆短轴代表压缩轴和椭圆轴线的方位代表主应变方位角的图形。

8.如权利要求6所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述以椭圆长轴代表拉张轴、椭圆短轴代表压缩轴和椭圆轴线的方位代表主应变方位角的图形是通过动态应变夸张系数来控制椭圆长轴的长度和椭圆短轴的长度。

9.如权利要求8所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述动态应变夸张系数是一个50～200的倍数，通过该动态应变夸张系数用以倍乘测量的应变量，并通过这个倍乘后的应变量来控制椭圆长轴的长度和椭圆短轴的长度。

10.如权利要求9所述的动态应变场观测系统，其特征在于，所述应变量为用所述应变片测量到的应变值。