CN105928488B - 钻孔垂向线应变测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钻孔垂向线应变测量仪，用于对所安装区域的形变进行垂向线应变测量，包括：传感单元，其感应钻孔内垂向线应变；以及外钢筒(11)，其将传感单元容纳于外钢筒(11)内。传感单元包括应变传感器(8)、等效弹性模量匹配外壳(7)、上传动杆(6)和下传动杆(10)，应变传感器(8)安装于等效弹性模量匹配外壳(7)内，上传动杆(6)和下传动杆(10)将传感单元固定在外钢筒(11)内，下传动杆(10)垂直地伸出外钢筒(11)的下底并且与下底之间为软性连接。本发明中，外钢筒(11)的变形不会传导到应变传感器(8)，钻孔变形会通过耦合水泥沿下传动杆(10)的方向传递到应变传感器(8)上，达到测量垂向线应变的目的。

Description

钻孔垂向线应变测量仪
技术领域
本发明涉及一种机械力学结构、电子测量系统，尤其涉及一种用于通过钻孔浇注耦合方式对垂向线应变进行测量的钻孔垂向线应变测量仪。
背景技术
在地球物理及大地测量中，经常使用钻孔类仪器，对钻孔内的地应力、地应变进行测量。测量中，首先在地壳待测部位打孔，再将测试探头下放到待测孔段，使用水泥浇注方式将测量元件与孔壁耦合，使元件与孔壁达到焊接耦合的边界条件。这样，钻孔内岩石的变形便会传递到探头上，应力应变测量元件根据这一变形达到测量的目的。
为了适应测量环境及测量的要求，这一类仪器的力学结构需要满足各相同性或测量方向比其他方向等效模量低一个数量级的要求。由于钻孔都为圆柱形结构，因此测量探头的外形也都是柱形，其水平向的等效弹性模量低于轴向及其他方向，因此水平向以外的应变测量较为困难。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服了现有技术缺陷，提供了一种新型钻孔垂向线应变测量仪，其传感部件的环形或其他形状外壳为等效模量匹配结构，使其在测量向等效模量符合应变测量要求；其外钢筒为密封及支撑结构，传感单元的受力杆穿过外钢筒感受钢筒外的应变变化，可测量钻孔内垂向的线应变。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种钻孔垂向线应变测量仪，用于对所安装区域的地形变进行垂向的线应变测量，包括：传感单元，其感应钻孔内垂向线应变；以及外钢筒(11)，其将所述传感单元容纳于外钢筒(11)内并支撑所述传感单元，其中，所述传感单元包括应变传感器(8)、等效弹性模量匹配外壳(7)、上传动杆(6)和下传动杆(10)，所述应变传感器(8)安装于所述等效弹性模量匹配外壳(7)内，所述上传动杆(6)和下传动杆(10)将所述传感单元固定在所述外钢筒(11)内，所述下传动杆(10)垂直地伸出所述外钢筒(11)的下底，所述下传动杆(10)与所述外钢筒(11)的下底之间为软性连接。
优选地，所述外钢筒(11)的下底上设置有弹性“O”型圈，所述下传动杆(10)通过所述弹性“O”型圈(12)伸出所述外钢筒(11)的下底。
优选地，在所述外钢筒(11)的上部通过密封头安装螺钉(2)、密封头“O”型圈(3)与密封头(1)固定连接，所述密封头(1)具有出线口(4)。
优选地，所述外钢筒(11)只起到保护及支撑所述传感单元的作用，其本身的变形对应变传感器(8)基本上不产生影响。
优选地，进一步包括传感器支撑架(5)，所述传感器支架(5)与所述密封头(1)固定连接，所述上传动杆(6)与所述传感器支架(5)固定连接以固定所述传感单元。
优选地，所述等效弹性模量匹配外壳(7)为环形外壳。
优选地，所述下传动杆(4)的伸出所述外钢筒(11)的一端具有导正部件。
优选地，所述上传动杆(6)和下传动杆(10)的外壁具有螺纹，所述应变传感器(8)的上端和下端分别具有螺纹孔，所述上传动杆(6)穿过上端的螺纹孔以及所述下传动杆(10)穿过下端的螺纹孔，通过螺纹啮合将应变传感器(8)和等效弹性模量匹配外壳(7)固定支撑于所述外钢筒(11)内。
本发明具有下述有益效果：上述钻孔垂向线应变测量仪在吊装到钻孔后，使用特种水泥浇筑耦合，由于下传动杆与外钢筒使用弹性“O”型圈固定，为软性连接，因此外钢筒的变形不会传导到传感单元(应变测量单元)，钻孔变形会通过耦合水泥沿下传动杆的方向传递到应变传感器上，达到测量垂向线应变的目的。
附图说明
图1是钻孔斜向线应变测量仪结构的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。以下实施例并不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。
下面将结合附图对本发明实施例做进一步详细描述：
如图1所示的钻孔垂向线应变测量仪，用于对所安装区域的形变进行垂向线应变测量，包括：传感单元(6，7，8，10)，其感应钻孔内垂向线应变；以及外钢筒11，其将传感单元容纳于外钢筒11内并支撑该传感单元。
其中，传感单元包括应变传感器8、等效弹性模量匹配外壳7、上传动杆6和下传动杆10。应变传感器8安装于等效弹性模量匹配外壳7内。上传动杆6和下传动杆10将传感单元固定在外钢筒11内。
通过选取等效弹性模量匹配外壳7不同的材料、厚度和宽度可以得到适于测量要求的等效模量。图1中等效弹性模量匹配外壳7的形状为环形，在其他实施例中，也可以是矩形或三角形等其他形状，只要满足使应变传感器8位于该匹配外壳7内，本领域技术人员可以根据情况对匹配外壳7选择合适的形状和尺寸。等效弹性模量匹配外壳7的作用主要是为了给予应变传感器8一定的硬度，从而可以采用等效弹性模量匹配的方式实现线应变测量。
下面介绍上传动杆6和下传动杆10如何将传感单元固定在外钢筒11内。
如图1所示，在外钢筒11的上部具有密封头1、密封头安装螺钉2、密封头“O”型圈3以及出线口4。外钢筒11通过密封头安装螺钉2、密封头“O”型圈3套插在密封头(上密封头)1上，构成密闭空腔。密封头1的出线口4供应变传感器8的电源及信号等引线通过出线口4引出。传感器支架5与密封头1固定连接，上传动杆6与传感器支架5固定连接从而可以固定传感单元。
另外，上传动杆6和下传动杆10的外壁具有螺纹，应变传感器8的上端和下端分别具有螺纹孔，上传动杆6穿过上端的螺纹孔以及下传动杆10穿过下端的螺纹孔，这样通过螺纹啮合，上传动杆6与应变传感器8固定以及下传动杆10与应变传感器8固定，从而将应变传感器8和等效弹性模量匹配外壳7固定支撑于外钢筒11内。
接下来介绍下传动杆10与外钢筒11之间的软性连接。
下传动杆10垂直地伸出所述外钢筒11的下底，下传动杆10与外钢筒11的下底之间为软性连接。这里“垂直地伸出”是指下传动杆10与水平面成90度的直角。具体地，该软性连接是这样实现的：外钢筒11的下底上设置有弹性“O”型圈12，下传动杆10通过该弹性“O”型圈12伸出外钢筒11的下底至外钢筒11外部。弹性“O”型圈12既可起到密封作用，又可以作为软性连接固定下传动杆10。弹性“O”型圈12可以是诸如橡皮垫圈等的弹性环形部件。通过该弹性“O”型圈12，外钢筒11只起到保护及支撑传感单元的作用，其本身的变形对应变传感器8基本上不产生影响。
另外，下传动杆4的伸出外钢筒11的一端具有导正部件13，方便下井安装。该导正部件13可以是截面为半圆形或类似形状的部件。
在实际使用中，首先通过上传动杆6将整个传感单元固定在传感器支撑架5上，再将传感器支撑架5安装到上密封头1上，应变传感器8的电源及信号等引线通过上密封头的出线口4引出，而后将下传动杆10穿过外钢筒11的下底，将外钢筒11套插在上密封头1上，构成密闭空腔。密封头1和外钢筒11之间使用“O”型圈3等弹性部件进行密封，使用密封头安装螺钉2固定。下传动杆10与外钢筒11的下底之间使用弹性“O”型圈12密封并伸出外钢筒11的下底至外钢筒外部。弹性“O”型圈12既可起到密封作用，又可以作为软性连接固定嵌位传动杆10。下传动杆10下端的导正部件13起到导正的作用，方便下井安装。
上述钻孔垂向线应变测量仪在吊装到钻孔后，使用特种水泥浇筑耦合，由于下传动杆10与外钢筒11使用弹性“O”型圈12固定，为软性连接，因此钢筒11的变形不会传导到应变传感器1(应变测量单元)，钻孔变形会通过耦合水泥沿下传动杆10的方向传递到应变传感器8上，达到测量垂向线应变的目的。
显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种钻孔垂向线应变测量仪，用于对所安装区域的地形变进行垂向的线应变测量，其特征在于，包括：
传感单元，其感应钻孔内垂向线应变；以及
外钢筒(11)，其将所述传感单元容纳于外钢筒(11)内并支撑所述传感单元，
其中，所述传感单元包括应变传感器(8)、等效弹性模量匹配外壳(7)、上传动杆(6)和下传动杆(10)，所述应变传感器(8)安装于所述等效弹性模量匹配外壳(7)内，所述等效弹性模量匹配外壳(7)为环形外壳，所述上传动杆(6)和下传动杆(10)将所述传感单元固定在所述外钢筒(11)内，
所述下传动杆(10)垂直地伸出所述外钢筒(11)的下底，所述下传动杆(10)与所述外钢筒(11)的下底之间为软性连接。
2.根据权利要求1所述的钻孔垂向线应变测量仪，其特征在于，所述外钢筒(11)的下底上设置有弹性“O”型圈，所述下传动杆(10)通过所述弹性“O”型圈(12)伸出所述外钢筒(11)的下底。
3.根据权利要求1所述的钻孔垂向线应变测量仪，其特征在于，在所述外钢筒(11)的上部通过密封头安装螺钉(2)、密封头“O”型圈(3)与密封头(1)固定连接，所述密封头(1)具有出线口(4)。
4.根据权利要求1所述的钻孔垂向线应变测量仪，其特征在于，所述外钢筒(11)只起到保护及支撑所述传感单元的作用，其本身的变形对应变传感器(8)基本上不产生影响。
5.根据权利要求3所述的钻孔垂向线应变测量仪，其特征在于，进一步包括传感器支撑架(5)，所述传感器支架(5)与所述密封头(1)固定连接，所述上传动杆(6)与所述传感器支架(5)固定连接以固定所述传感单元。
6.根据权利要求1所述的钻孔垂向线应变测量仪，其特征在于，所述下传动杆(4)的伸出所述外钢筒(11)的一端具有导正部件。
7.根据权利要求1所述的钻孔垂向线应变测量仪，其特征在于，所述上传动杆(6)和下传动杆(10)的外壁具有螺纹，所述应变传感器(8)的上端和下端分别具有螺纹孔，所述上传动杆(6)穿过上端的螺纹孔以及所述下传动杆(10)穿过下端的螺纹孔，通过螺纹啮合将应变传感器(8)和等效弹性模量匹配外壳(7)固定支撑于所述外钢筒(11)内。
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