钻孔斜向线应变测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种钻孔斜向线应变测量仪，用于对所安装区域的形变进行斜向线应变测量，包括：传感单元，其感应钻孔内斜向线应变；以及将传感单元容纳于内部的外钢筒(8)。传感单元包括应变传感器(1)、等效弹性模量匹配外壳(2)和传动杆(4)，应变传感器(1)安装于匹配外壳(2)内，传动杆(4)斜向穿过外钢筒(8)的外壁将传感单元固定，传动杆(4)与外钢筒(8)的外壁之间为柔性连接，传动杆(4)两端的传动杆头(9)分别突出于外钢筒(8)的外壁。根据本发明的结构，外钢筒(8)的变形不会传导到应变测量单元，钻孔变形会通过耦合水泥沿传动杆(4)的方向传递到应变传感器(1)上，达到测量斜向线应变的目的。
【专利说明】
钻孔斜向线应变测量仪
技术领域
[0001]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斜向线应变进行测量的钻孔斜向线应变测量仪。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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，因此水平向以外方向的应变测量较为困难。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于克服了现有技术的缺陷，提供了一种新型钻孔斜向线应变测量仪，其传感单元的环形或其他形状外壳为等效模量选择结构，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，传感单元的受力杆斜向穿过外钢筒感受钢筒外的应变变化，可测量钻孔内斜向的任意方向上的线应变。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种钻孔斜向线应变测量仪，用于对所安装区域的地形变进行斜向的线应变测量，其特征在于，包括:传感单元，其感应钻孔内斜向线应变；以及外钢筒(8)，其将所述传感单元容纳于外刚筒(8)内并支撑所述传感单元，
[0007]其中，所述传感单元包括应变传感器(I)、等效弹性模量匹配外壳(2)和传动杆
(4)，所述应变传感器(I)安装于所述等效弹性模量匹配外壳(2)内，所述传动杆(4)斜向穿过所述外钢筒(8)的外壁将所述传感单元固定，所述传动杆(4)与所述外钢筒(8)的外壁之间为柔性连接，并且，所述传动杆(4)两端的传动杆头(9)分别突出于所述外钢筒(8)的外壁。
[0008]优选地，所述外钢筒(8)的外壁上设有可容所述传动杆(4)穿过的传动杆安装座
(7)，传动杆安装座(7)上设有传动杆安装槽(5)，所述传动杆安装槽(5)内具有弹性“O”型圈
(6) ο
[0009]优选地，所述外钢筒(8)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(I)基本上不产生影响。
[0010]优选地，所述等效弹性模量匹配外壳(2)为环形外壳。
[0011]优选地，所述等效弹性模量匹配外壳(2)具有传感器安装座(3)，所述应变传感器(I)通过所述传感器安装座(3)安装于所述等效弹性模量匹配外壳(2)内。
[0012]优选地，所述传动杆(4)的两端的传动杆头(9)具有圆形钝角。
[0013]优选地，所述传动杆(4)的外壁具有螺纹，所述应变传感器(I)两端具有贯通的螺纹孔，所述传动杆(4)穿过所述螺纹孔，通过螺纹啮合将应变传感器(I)和等效弹性模量匹配外壳(2)固定支撑于所述外钢筒(8)内。
[0014]优选地，所述传动杆(4)的倾斜角度范围为大于O度小于180度，但不包括90度的垂向。
[0015]优选地，所述传动杆(4)的较佳倾斜角度为45度。
[0016]本发明的有益效果:上述孔斜向线应变测量仪在吊装到钻孔后，使用特种水泥浇筑耦合，由于传动杆与外钢筒使用弹性“O”型圈固定，为柔性连接，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传动杆的方向传递到应变传感器上，达到测量斜向线应变的目的。
【附图说明】
[0017]为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0018]图1为钻孔斜向线应变测量仪结构的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]下面将结合附图对本发明实施例做进一步详细描述:
[0021]如图1所示的钻孔斜向线应变测量仪，用于对所安装区域的形变进行斜向线应变测量，包括:传感单元(I，2，4)，其感应钻孔内斜向线应变；以及外钢筒8，其将传感单元容纳于外钢筒8 (图1中只部分示出)内并支撑该传感单元。
[0022]其中，传感单元包括应变传感器1、等效弹性模量匹配外壳2和传动杆4。等效弹性模量匹配外壳2具有传感器安装座3，应变传感器I通过传感器安装座3安装于等效弹性模量匹配外壳2内。
[0023]等效弹性模量匹配外壳2通过选取不同的材料、厚度和宽度可以得到适于测量要求的等效弹性模量。图1中等效弹性模量匹配外壳2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I位于该匹配外壳2内，本领域技术人员可以根据情况对匹配外壳2选择合适的形状和尺寸。等效弹性模量匹配外壳2的作用主要是为了给予应变传感器I 一定的硬度。
[0024]传动杆4斜向穿过外钢筒8的外壁将所述传感单元固定于外钢筒8内，传动杆4与外钢筒8的外壁之间为柔性连接，并且，传动杆4两端的传动杆头9分别突出于外钢筒8的外壁。
[0025]具体地，传动杆4与外钢筒8的外壁之间为柔性连接是这样实现的:外钢筒8的外壁上设有可容传动杆4穿过的传动杆安装座7，传动杆安装座7上设有传动杆安装槽5，传动杆安装槽5内具有弹性“O”型圈6。传动杆4穿过传动杆安装座7上的传动杆安装槽5和弹性“O”型圈6，从而将整个传感单元固定在外钢筒8内部。传动杆安装槽5内的弹性“O”型圈6，既可起到密封作用，又可以作为柔性连接固定嵌位传动杆4。弹性“O”型圈6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6，外钢筒8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I基本上不产生影响。
[0026]另外，传动杆4的外壁具有螺纹，应变传感器I两端具有贯通的螺纹孔，传动杆4穿过该螺纹孔，通过螺纹啮合传动杆4与应变传感器I固定连接，从而可以将应变传感器I和等效弹性模量匹配外壳2固定支撑于外钢筒8内。
[0027]本发明中传动杆4的倾斜角度(传动杆与水平面之间的角度)的范围可以为大于O度小于180度的任何角度，但不包括90度的垂向(即与水平面垂直的方向)。也就是说，本发明中传动杆4的方向可以是斜向的任意方向。如图1所示的实施例中，为了方便实际的操作，传动杆4的较佳倾斜角度为45度。
[0028]如图1所示，传动杆4的两端的传动杆头9具有圆形钝角，方便下井安装。
[0029]在实际使用中，首先将应变传感器I通过传感器安装座3安装在等效弹性模量匹配外壳2内，再将应变传感器I连同等效弹性模量匹配外壳2—起放入钢筒8内；将传动杆4穿过钢筒8的外壁，并通过传感器I两端的贯通的螺纹孔，通过传动杆4外表面的螺纹和传感器I的螺纹孔的啮合，将传动杆4和应变传感器I与等效弹性模量匹配外壳2固定;传动杆4再通过外钢筒8的传动杆安装座7将整个传感单元(传感器1、环形外壳2、传动杆4)固定于外钢筒8内部。传动杆4既是传动部件同时也是传感器I和等效弹性模量匹配外壳2的固定部件。
[0030]上述钻孔斜向线应变测量仪在吊装到钻孔后，使用特种水泥浇筑耦合，由于传动杆4与外钢筒8使用弹性“O”型圈6固定，为柔性连接，因此钢筒8的变形不会传导到传感单元。钻孔变形会通过耦合水泥沿传动杆4的方向传递到应变传感器I上，从而达到测量斜向线应变的目的。
[0031]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。
【主权项】
1.一种钻孔斜向线应变测量仪，用于对所安装区域的地形变进行斜向的线应变测量，其特征在于，包括: 传感单元，其感应钻孔内斜向线应变；以及 外钢筒(8)，其将所述传感单元容纳于外刚筒(8)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(I)、等效弹性模量匹配外壳(2)和传动杆(4)，所述应变传感器(I)安装于所述等效弹性模量匹配外壳(2)内， 所述传动杆(4)斜向穿过所述外钢筒(8)的外壁将所述传感单元固定，所述传动杆(4)与所述外钢筒(8)的外壁之间为柔性连接，并且，所述传动杆(4)两端的传动杆头(9)分别突出于所述外钢筒(8)的外壁。2.根据权利要求1所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述外钢筒(8)的外壁上设有可容所述传动杆(4)穿过的传动杆安装座(7)，传动杆安装座(7)上设有传动杆安装槽(5)，所述传动杆安装槽(5)内具有弹性“O”型圈(6)。3.根据权利要求2所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述外钢筒(8)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(I)基本上不产生影响。4.根据权利要求1所述的钻孔斜向线应变测量仪，所述等效弹性模量匹配外壳(2)为环形外壳。5.根据权利要求1所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述等效弹性模量匹配外壳(2)具有传感器安装座(3)，所述应变传感器(I)通过所述传感器安装座(3)安装于所述等效弹性模量匹配外壳(2)内。6.根据权利要求1所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述传动杆(4)的两端的传动杆头(9)具有圆形钝角。7.根据权利要求1所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述传动杆(4)的外壁具有螺纹，所述应变传感器(I)两端具有贯通的螺纹孔，所述传动杆(4)穿过所述螺纹孔，通过螺纹啮合将应变传感器(I)和等效弹性模量匹配外壳(2)固定支撑于所述外钢筒(8)内。8.根据权利要求1所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述传动杆(4)的倾斜角度范围为大于O度小于180度，但不包括90度的垂向。9.根据权利要求8所述的钻孔斜向线应变测量仪，其特征在于，所述传动杆(4)的较佳倾斜角度为45度。
【文档编号】G01B21/32GK105890568SQ201610425548
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】陈征, 张策, 熊玉珍, 董云开, 喻建军, 李涛, 吴立恒, 王海忠, 李宏
【申请人】中国地震局地壳应力研究所