CN103162889A - 无线空心包体应变计及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量地应力的无线空心包体应变计及方法，其特征在于：无线空心包体应变计壳体以环氧树脂密封，壳体基质为复合陶瓷，无线空心包体应变计包括应变测量部分、发射部分、导向部分可以拆卸回收三个部分，定向传感器、电源、发射模块依次密封在在无线空心包体应变计后部，沿无线空心包体应变计中间同圆周等间距嵌埋电阻应变花，无线空心包体应变计中的应变测量部分、发射部分、定向部分三个部分可以拆卸分离。无线空心包体应变计上设有3组应变花、定向器；应变花、定向器分别将采集信号传送至放大器放大后进入A/D转换器，把模拟信号转化为数字信号，单片机进行采样，通过无线模块把数据发送出去。本发明具有集成性、遥测、可回收重复使用。
Description
技术领域
本发明属于地质、能源、深部矿产及地下岩土工程勘察勘测技术领域，具体涉及一种用于测量地应力的无线空心包体应变计及方法。
背景技术
目前，空心包体应变计是国内外普遍采用的、可靠性最高的，并且发展较为成熟的一种地应力的测量装置。但是，现有的空心包体应变计存在以下问题：（1）在应力解除过程中，空心包体应变计导线电缆容易随岩芯管和钻杆旋转，导致电缆应力集中而被绞断，空心包体应变计报废；（2）钻杆后端的供水器因电缆穿出无法提供足够水来冷却钻孔，导致应变计读数难于稳定；（3）测量空心包体应变计方向的定向器笨重，单独需要导线，并且导线细长容易拉断；（4）过长和过多的测量导线也会给测量数据的可靠性带来影响，给测量工作造成很多不方便。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种无线空心包体应变计及方法。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案：
所述的无线空心包体应变计包括应变测量部分、发射部分、导向部分三个部分；定向器、电源、发射模块依次密封在无线空心包体应变计后部，沿无线空心包体应变计中间同圆周等间距嵌埋电阻应变花，无线空心包体应变计中的应变测量部分、发射部分、导向部分三个部分采用丝扣或插接方式连接，可以拆卸分离。
所述的电源为可充电6V锂电。
所述的发射模块设有发射天线。
所述的无线空心包体应变计外层环氧树脂密封。
所述的无线空心包体应变计的壳体为复合陶瓷。
所述的固定销为铅丝。
所述的无线空心包体应变计上设有3组应变花、定向器；应变花、定向器分别将采集信号传送至放大器放大后进入 A/D 转换，把模拟信号转化为数字信号，单片机进行采样，通过无线模块把数据发送出去。
所述的测量部分位于中部，包括无线空心包体应变计上内置3组应变花、1个定向器；应变测量由3 组电阻应变花完成，定向器测量无线空心包体应变计、钻孔方向；无线发射部分包括无线发模块；信号采集模块用于将所接收的定向器、应变花输出的信号进行前置处理和模数转换采集处理；无线发射模块将信号编码模块输出的信号发射，无线发射模块包括发射天线；导向部分由导向头、出胶孔、活塞组成，导向部分为无线空心包体应变计起导向作用。
所述的无线空心包体应变计上的应变花在解除应力过程中，电桥输出微小的应变电压，此电压信号经过应变放大器放大，通过A/D转换器变成数字信号后送入无线发射模块中，并存入数据存储器中。在单片机的控制下，每隔一定时间自动将存储器内的应变数据刷新一次。遥测数据采集器平时处于接收待机状态，每个遥测数据采集器都有自己的特定编码。当遥测主机发出数据采集指令后，遥测数据采集器中高频接收机收到指令经解调器解码进入单片机，单片机确认编码正确后立即开启调制器和高频发射电源，并将存放在存储器中的应变数据通过无线发射模块中的发射天线发射出去。
本发明的无线空心包体应变计使用方法，包括以下步骤：
（a）用推杆将无线空心包体应变计推入测量小孔中；
（b）向前推动推杆，剪断活塞后的销钉，将胶腔内粘接剂挤出，使粘接剂充满无线空心包体应变计外表面与钻孔孔壁之间的空隙内；
（c）启动定向器，旋转推杆调整无线空心包体应变计，使应变花方向到达一定角度，测量记录无线空心包体应变计的方位、钻孔的方位和倾角；
（d）粘接剂与无线空心包体应变计固化24 小时后，剪断铅丝固定销，拉出推杆；
（e）接通遥测主机设置采样时间，等待读数稳定，为初始值；
（f） 按10-25 mm分级深度，套芯解除至45厘米后，将包含无线空心包体应变计的岩芯折断并取出，应变读数趋于稳定，不再解除；
（g）套芯结束后，取出带有无线空心包体应变计的岩芯；
（h）将带有无线空心包体应变计的岩芯放入双轴压力室中重新施加应力，测得弹性模量、泊松比参数后，去除无线空心包体应变计上岩石；
（i）依次将无线空心包体应变计中的拆解应变测量部分、无线发射部分、导向部分，回收定向器、应变花、无线发射模块。
本发明有益效果：
（1）安装简便迅速，减少测量环节，缩短测量时间，节约了测量成本；
（2）解决了冗长的布线过程，且工作可靠，彻底电缆缠绕、钻孔降温等问题，提高地应力测量成功率；
（3）无线传输，减小线路的损耗，保证了测量的准确性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1本发明无线空心包体应变计结构示意图。
图2 本发明无线空心包体应变计测试原理结构框图。
图3 本发明无线空心包体应变计的工作原理图
图中：
导向头（1）、出胶孔（2）、活塞（3）、固定销（4）、应变花（5）、胶腔（6）、胶筒（7）、密封圈（8）、定向器（9）、连接销（10）、无线发射模块（11）、发射天线（12）、电源（13）、信号采集模块（14）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明无线空心包体应变计，包括应变测量部分、无线发射部分、导向部分三个部分，应变测量部分、无线发射部分、导向部分相互以插接方式连接，下面分别予以说明。
如图1、图2所示，所述的测量部分位于中部，包括无线空心包体应变计上内置3组应变花（5）、1个定向器（9）；应变测量由3组电阻应变花（5）完成，定向器（9）测量无线空心包体应变计、钻孔方向；无线发射部分1包括无线发模块（11）；信号采集模块（14）用于将所接收的定向器（9）、应变花（5）输出的信号进行前置处理和模数转换采集处理；无线发射模块（11）将信号编码模块输出的信号通过发射天线（12）发射，无线发射模块（11）包括发射天线（12）；导向部分由导向头（1）、出胶孔（2）、活塞（3）组成，导向部分为无线空心包体应变计起导向作用。
如图3所示，无线空心包体应变计上的应变花（5）在解除应力过程中，电桥输出微小的应变电压，此电压信号经过应变放大器放大，通过A/D转换器变成数字信号后送入无线发射模块（11）中，并存入数据存储器中。在单片机的控制下，每隔一定时间自动将存储器内的应变数据刷新一次。遥测数据采集器平时处于接收待机状态，每个遥测数据采集器都有自己的特定编码。当遥测主机发出数据采集指令后，遥测数据采集器中高频接收机收到指令经解调器解码进入单片机，单片机确认编码正确后立即开启调制器和高频发射电源，并将存放在存储器中的应变数据通过无线发射模块（11）中的发射天线（12）发射出去。
如图1、图2所示，一种无线空心包体应变计使用方法，包括以下步骤：
（a） 用推杆将无线空心包体应变计推入测量小孔中；
（b）向前推动推杆，剪断活塞后的连接销（10），将胶腔（6）内粘接剂挤出，使粘接剂充满无线空心包体应变计外表面与钻孔孔壁之间的空隙内；
（c）启动定向器，旋转推杆调整无线空心包体应变计，使应变花方向到一定角度，测量记录无线空心包体应变计的方位、钻孔的方位和倾角；
（d）粘接剂与无线空心包体应变计固化24 小时后，剪断固定销（4），旋转连接销（10），拉出推杆；
（e）接通信号采集模块（14）设置采样时间，等待读数稳定，为初始值；
（f）按10-25 mm分级深度，套芯解除至45厘米后，将无线空心包体应变计的岩芯折断并取出，应变读数趋于稳定，不再解除；
（g）套芯结束后，取出带有无线空心包体应变计的岩芯；
（h）将带有无线空心包体应变计的岩芯放入双轴压力室中重新施加应力，测得弹性模量、泊松比参数后，去除无线空心包体应变计上岩石；
（i）依次将无线空心包体应变计中的拆解应变测量部分、无线发射部分、导向部分，回收定向器（9）、应变花（5）、无线发射模块（11）。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
Claims (8)
1.一种无线空心包体应变计，其特征在于：包括应变测量部分、发射部分、导向部分三个部分，应变测量部分位于无线空心包体应变计的中部，发射部分位于后部、导向部分位于前部，定向器（9）、电源（13）、无线发射模块（11）依次密封在在无线空心包体应变计后部，沿无线空心包体应变计中间同圆周等间距嵌埋电阻应变花（5）。
2.根据权利要求1所述的一种无线空心包体应变计，其特征在于：所述无线空心包体应变计中的应变测量部分、发射部分、导向部分三个部分采用丝扣或插接方式连接，可以拆卸分离、回收。
3.根据权利要求1所述的一种无线空心包体应变计，其特征在于：所述电源（13）为可充电6V锂电。
4.根据权利要求1所述的一种无线空心包体应变计，其特征在于：所述无线发射模块（11）设有内置天线（12）。
5.根据权利要求1所述的一种无线空心包体应变计，其特征在于：所述无线空心包体应变计外层环氧树脂密封。
6.根据权利要求1所述的一种无线空心包体应变计，其特征在于：所述无线空心包体应变计的壳体为复合陶瓷。
7.根据权利要求1所述的一种无线空心包体应变计，其特征在于：所述固定销（4）为铅丝。
8.一种无线空心包体应变计使用方法，其特征在于以下具体步骤：
（a） 用推杆将无线空心包体应变计推入测量小孔中；
（b）向前推动推杆，剪断活塞后的连接销（10），将无线空心包体应变计内粘接剂挤压出，使粘接剂充满无线空心包体应变计外表面与钻孔孔壁之间的空隙内；
（c）启动定向器，旋转推杆调整无线空心包体应变计，应变花（5）方向直到一定角度，测量记录空心包体探头的方位、钻孔的方位和倾角；
（d）胶结剂与空心包体探头固化24 小时后，剪断固定销（4），旋转连接销（10），拉出推杆；
（e）接通信号采集模块（14）设置采样时间，等待读数稳定，为初始值；
（f）按10-25 mm分级深度，套芯解除至45厘米后，将包含无线空心包体应变计的岩芯折断并取出，应变读数趋于稳定，不再解除；
（g）套芯结束后，取出带有无线空心包体应变计的岩芯；
（h）将带有无线空心包体应变计的岩芯放入双轴压力室中重新施加应力，测得弹性模量、泊松比参数后，去除无线空心包体应变计上岩石；
（i）依次拆解无线空心包体应变计中的应变测量部分、无线发射部分、导向部分，回收定向器、应变花（5）、无线发射模块（11）。
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130619 |