小型分量钻孔应变仪探头的制作方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种地层应变监测设备，特别涉及一种小型分量钻孔应变仪探头。
【背景技术】
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[0002]地壳形变或地层应变观测的分辨率通常优于10_9应变，多年来一直由山洞中三台不同方向，长数十米的伸缩仪实现连续观测。随着微位移传感技术的发展，在钻孔中安装3台以上，不同方向径向位移传感器观测地壳形变的钻孔应变观测技术逐步发展起来。2003年，美国“板块边界监测计划”(PBO计划)要在西海岸布设200台分量钻孔应变仪，分量钻孔应变仪开始成为重要的新型地学观测仪器。分量钻孔应变仪需要在圆筒型探头内安装至少3台不同方向垂直于探头轴线的径向位移传感器，PBO计划采用的Gladwin分量钻孔应变仪中，4个径向位移传感器在探头中上下分开布置，探头长度长达2米，运输及安装均十分不便(图1)。并且这种传感器直径3厘米以上，质量数十克的传感器电容动片，不能响应高频应变信号，因此Gladwin分量钻孔应变仪的频率响应被限制在O?7Hz，地方震及更高频率的极微震和地声信号均不能记录。多个传感器位于探头上、下不同高度，对地层应变响应的边缘效应不同，使测量数据归算精度受到影响。钻孔地层中有3米以上厚度完整岩层的情况较为少见，也使分量应变探头选择安装孔位位置受到限制。
【实用新型内容】
[0003]为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种体积小、频率响应范围宽的分量钻孔应变仪探头。
[0004]本实用新型公开了一种小型分量钻孔应变仪探头，所述探头至少包括一个多分量径向应变传感器组件，该传感器组件由一个弹性应变圆环和交叉安装在该环内多个杆状径向电容测微传感器组成；其中，所述的各径向电容测微传感器的轴线通过该应变圆环的圆心并处于同一平面；每个径向电容测微传感器对应应变圆环心的位置设有让位结构，所述的让位结构使各径向电容测微传感器在对应圆环心位置处互不接触。
[0005]其中，所述的径向电容测微传感器为4个，呈米字形排列，相邻两传感器方向相差
45度。
[0006]其中，每个径向电容测微传感器由固定长度基准杆、带有长度微调机构的可调长度基准杆、以及设置在两基准杆端面之间的传感器组件组成；所述的传感器组件由依次设置的压电伸缩片、施加标定电压极片、第一绝缘片、第一传感电容极片、第二传感电容极片和第二绝缘片组成。
[0007]其中，在所述的弹性应变圆环⑴上均布有8个固定圆孔，所述的4个杆状径向电容测微传感器的两端分别焊接在相对设置的两个圆孔中，每个径向电容测微传感器的轴线固定在相对圆孔中心的轴线上。
[0008]其中，所述弹性应变圆环的直径为80?100mm，所述的第一传感电容极片和第二传感电容极片的直径为2-10mmo
[0009]其中，所述的弹性应变圆环外侧表面对应每个固定圆孔的位置向外突设有凸台，各凸台与探头圆筒通过刚性胶结剂组装在一起。
[0010]采用上述结构的分量钻孔应变仪探头，由于多个传感器位于同一平面，因此可以将探头长度做到不足半米，大为缩短的探头尺寸，使运输、选点和安装都较为方便。并且探头的小型化，使其频率响应范围扩大到O?5000Hz，既可以记录构造应变、固体潮应变、慢地震应变、远震应变地震波，还能记录地方震、极微震和对地震预报极重要的地声临震信号。经过长期现场的试用，本实用新型的分量钻孔应变仪探头的灵敏度、稳定性、数据的内符合精度都得到进一步提高，尤其是仪器观测频宽扩大到声音频段，大大扩大了仪器的观测频域。
【附图说明】
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[0011]图1是本实用新型实施例的结构示意图。
[0012]图2为本实用新型多分量径向应变传感器组件实施例的结构示意图。
[0013]图3为图2所示实施例中的径向测微组合传感器的结构示意图。
[0014]图4为图2所示实施例中另一径向测微组合传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。
[0016]如图1和图2所示为本实用新型的一实施例，集成在弹性应变圆环I上的4个分量径向应变传感器组件被放入应变探头圆筒壳体11内，弹性应变圆环I的8个凸起处与探头圆筒内壁直径配合，用刚性胶胶结固定在探头中。多路径向位移传感器均位于探头圆筒的中间平面，解决了各路径向位移传感器位于探头不同位置，边缘效应不同，影响测量数据归算精度冋题。
[0017]其中，径向位移传感器组件由一个侧面带有8个均布圆孔的弹性应变圆环1，将4个方向的径向电容测微传感器集成为一个组件。每个方向的径向电容测微传感器由固定长度基准杆2、带有长度微调机构4的可调长度基准杆3、以及安装在固定长度基准杆2和可调长度基准杆3之间的传感器组件组成，该传感器组件通常由压电伸缩片5、施加标定电压极片6、绝缘片7、绝缘片10、传感电容极片8、传感电容极片9组成。径向电容测微传感器的端部分别焊结在弹性应变圆环I的8个圆孔中，各自的轴线固定在相对圆孔中心的轴线上。4根不同方向长度基准杆的中心轴线交叉于探头圆筒中心圆平面的圆心，为了保证各个径向电容测微传感器互不接触，在各个径向电容测微传感器对应应变圆环心的位置设有让位结构21如图3、图4所示，所述的让位结构为适应各个径向电容测微传感器交叉时的凹部，各凹部相互配合，从而使各径向电容测微传感器以立交桥交叉方式组装在一起，避免相互干涉。
[0018]上述弹性应变圆环(I)的直径大致为80?100mm，传感电容片(8、9)的直径缩小到1mm以下，例如5-10mm。电容测微动片尺寸及质量的大幅度降低，使观测频响范围由O?7Hz扩大到O?5000Hz，极大地扩展了钻孔应变仪观测信号的频宽范围。一个较优的方案是，第一传感电容极片8、第二传感电容极片9间的空气间隙约0.04mm,电容极片直径约9_，电容量约15Pf。使用时，将各个方向径向测微传感电容片(8、9)引出的金属导线被连接到各自的测量电路上，电路部分与机械部分综合后形成4分量钻孔应变仪组件。
[0019]采用上述结构的本实用新型具有下述的优点:
[0020]1.本实用新型使装接在圆筒形探头内上、下不同位置的多个径向位移传感器实现了立交集成组件，使多个径向位移传感器的两端头都能装接在垂直于圆筒形探头轴线的同一平面上，从而缩短了探头长度，减少重量，便于运输安装，降低造价。
[0021]2.由于多个径向位移传感器的两端头装接在垂直于圆筒形探头轴线的同一平面上，使各径向位移传感器的边缘效应一致，提高了测量精度。
[0022]3.电容传感定片、动片尺寸和质量的缩小，使应变仪整机的频率响应范围扩大到O?5000Hz，既可以记录构造应变、固体潮应变、慢地震应变、远震应变地震波，还能记录地方震、极微震和对地震预报极重要的地声临震信号，极大地扩展了钻孔应变仪的测量功能。
[0023]4.长度不到半米的应变探头更容易找到完整的岩层安装探头，实现探头外壁与岩孔内壁的良好耦合。
[0024]5.采用4分量径向应变传感器组件并用刚性胶胶结方式装入探头圆筒的组装工艺，大大提高了仪器探头的组装效率。
【主权项】
1.一种小型分量钻孔应变仪探头，其特征在于，所述探头至少包括一个多分量径向应变传感器组件，该传感器组件由一个弹性应变圆环和交叉安装在该环内多个杆状径向电容测微传感器组成；其中，所述的各径向电容测微传感器的轴线通过该应变圆环的圆心并处于同一平面；每个径向电容测微传感器对应应变圆环心的位置设有让位结构，所述的让位结构使各径向电容测微传感器在对应圆环心位置处互不接触。
2.如权利要求1所述的小型分量钻孔应变仪探头，其特征在于，所述的径向电容测微传感器为4个，呈米字形排列，相邻两传感器方向相差45度。
3.如权利要求1所述的小型分量钻孔应变仪探头，其特征在于，每个径向电容测微传感器由固定长度基准杆、带有长度微调机构的可调长度基准杆、以及设置在两基准杆端面之间的传感器组件组成；所述的传感器组件由依次设置的压电伸缩片、施加标定电压极片、第一绝缘片、第一传感电容极片、第二传感电容极片和第二绝缘片组成。
4.如权利要求1所述的小型分量钻孔应变仪探头，其特征在于，在所述的弹性应变圆环(I)上均布有8个固定圆孔，4个杆状径向电容测微传感器的两端分别焊接在相对设置的两个圆孔中，每个径向电容测微传感器的轴线固定在相对圆孔中心的轴线上。
5.如权利要求3所述的小型分量钻孔应变仪探头，其特征在于，所述弹性应变圆环的直径为80?100mm，所述的第一传感电容极片和第二传感电容极片的直径为2_10mm。
6.如权利要求4所述的小型分量钻孔应变仪探头，其特征在于，所述的弹性应变圆环外侧表面对应每个固定圆孔的位置向外突设有凸台，各凸台与探头圆筒通过刚性胶结剂组装在一起。
【专利摘要】本实用新型公开了一种小型分量钻孔应变仪探头，所述探头至少包括一个多分量径向应变传感器组件，该传感器组件由一个弹性应变圆环和交叉安装在该环内多个杆状径向电容测微传感器组成；其中，所述的各径向电容测微传感器的轴线通过该应变圆环的圆心并处于同一平面；每个径向电容测微传感器对应应变圆环心的位置设有让位结构，所述的让位结构使各径向电容测微传感器在对应圆环心位置处互不接触。经过长期现场的试用，本实用新型的分量钻孔应变仪探头的灵敏度、稳定性、数据的内符合精度都得到进一步提高，尤其是仪器观测频宽扩大到声音频段，大大扩大了仪器的观测频域。
【IPC分类】G01B7-16
【公开号】CN204388776
【申请号】CN201420763236
【发明人】池顺良
【申请人】池顺良
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月8日