专利名称：分量式光纤钻孔应变仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震探测技术领域，尤其涉及一种分量式光纤钻孔应变仪。
背景技术：
在区域应力场作用下地壳会发生变形，钻孔应变观测是研究地壳变形和地应力场变化的一种重要手段。钻孔应变仪能将地震和火山活动当时及其前后的地壳形变，以分钟甚至接近测震的采样时间连续记录下来。因此在地震预测预报和地球物理研究中发挥着重要的作用。现有的钻孔应变仪包括体应变仪和分量式应变仪(邱泽华等，“国外钻孔应变观测的发展现状”，地震学报，2004)。但是不论哪种应变仪，均采用电学传感器进行探测。如我国的FZY-I型钻孔应变仪采用电容传感器(李海亮等，“FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计”，地震地磁观测与研究，2004)，日本的山内常生采用电磁传感器，我国的王启民提出了 “弦频式钻孔应变仪(中国专利申请CN86100074A) ”，池顺良提出的“多分量同平面径向位移式钻孔应变仪(中国专利200320103157. 4) ”，等等。这些电学式的钻孔应变仪都具有相同的缺点，第一，不能抗雷击，抗电磁干扰；第二，零漂问题严重(邱泽华等，“国外钻孔应变观测的发展现状”，地震学报，2004)。光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势，尤其具有抗电磁干扰、不怕雷击、无零漂的特点。因此，本发明提出一种分量式光纤钻孔应变仪，用于在地震探测领域的地应变探测，重点解决现有钻孔应变仪的电磁干扰，防雷击，零漂问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分量式光纤钻孔应变仪，以解决现有钻孔应变仪的电磁干扰、防雷击、零漂等问题。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种分量式光纤钻孔应变仪，包括应变筒20，用于感受应变；安装于应变筒20 —端的端盖10，用于密封；不少于一个的安装于应变筒20内部的曲型梁60，用于将应变筒20的形变转变成轴向位移；不少于一个的固定于曲型梁60 的中部和端盖10之间的测量光栅40，用于测量应变；安装于应变筒20另一端的顶盖50，用于保护分量式光纤钻孔应变仪的内部结构并密封；光缆41，用于连接安装于井底的分量式光纤钻孔应变仪和地面解调设备90 ；地面解调设备90，用于解调测量光栅40的波长变化， 从而得到地应变值。上述方案中，所述曲型梁60和测量光栅40成对安装，且一般为三对并互成一定角度，用于测量各个分量的应变。上述方案中，所述端盖10上进一步安装有凸台11，以便于测量光栅40的安装固定。上述方案中，所述应变筒20的侧壁刚度小于端盖10或顶盖50的刚度。上述方案中，所述测量光栅40具有一定的初始应力。上述方案中，所述顶盖50上进一步开有孔51，便于测量光栅40的尾纤引出。上述方案中，所述曲型梁60的两端与应变筒20的内壁紧密接触。上述方案中，所述应变筒20内进一步安装一温度补偿光栅45，用于进行温度补 m
te ο上述方案中，所述温度补偿光栅45通过螺钉22固定于应变筒20内壁，使温度补偿光栅45处于应力自由状态，从而进行温度补偿。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的这种分量式光纤钻孔应变仪，在井下无任何电子元器件，抗电磁干扰。2、本发明提供的这种分量式光纤钻孔应变仪，通过光缆连接井下仪器，光缆可无金属，故防雷击。3、本发明提供的这种分量式光纤钻孔应变仪，采用波长调制型的光线光栅传感器，减小了钻孔应变仪的零漂问题。
图1为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的示意图；图2为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的截面示意图；图3为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的曲型梁60的另一种安装方式的截面示意图；图4为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪在井下安装的示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。请参照图1-图4，其中图1为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的示意图，图2 为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的截面示意图，图3为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的曲型梁60的另一种安装方式的截面示意图，图4为本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪在井下安装的示意图。本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪包括应变筒20，用于感受应变；端盖10，用于密封；不少于一个的安装于应变筒20内部的曲型梁60，用于将应变筒20的形变转变成轴向位移；不少于一个的固定于曲型梁60的中部和端盖10之间的测量光栅40，用于测量应变；顶盖50，用于保护分量式光纤钻孔应变仪的内部结构并密封；光缆41，用于连接安装于井底的分量式光纤钻孔应变仪和地面解调设备90 ；地面解调设备90，用于解调测量光栅 40的波长变化，从而得到地应变值。曲型梁60的两端与应变筒20的内壁紧密接触，其安装方式可以为在应变筒20的
4内壁上开一螺纹孔21，通过螺栓将曲型梁60固定在应变筒20的内壁。曲型梁60和测量光栅40成对安装，且一般为三对并互成一定角度，用于测量各个分量的应变。其典型安装方式有两种一种是三个曲型梁60互成120度角安装(图2、；另一种是三个曲型梁60中的两个互相垂直安装，另外一个与前两个分别成45度角安装(图幻。端盖10上可进一步安装有凸台11，以便于测量光栅40安装固定，测量光栅40的安装方法一般为粘接。应变筒 20的侧壁刚度小于(或远小于)端盖10和顶盖50的刚度，以保证在地应力作用下有足够的变形量。测量光栅40具有一定的初始应力，使之既可以检测正应变也可检测负应变。顶盖50上可进一步开有孔51，便于测量光栅40的尾纤引出与光缆41相连。本发明提供的分量式光纤钻孔应变仪的工作原理为，参考图1和图4，将端盖10、 应变筒20、曲型梁60、测量光栅40、顶盖50等组装好后，测量光栅40的尾纤通过孔51引出与光缆41相连。将钻孔应变仪100放入井下后，通过浇注水泥砂浆92，使分量式光纤钻孔应变仪100与井的套管91紧密结合，当地壳应力发生变化使岩层中发生应变时，使应变筒 20的侧壁发生形变，三个不同方向的曲型梁60可分别感受不同方向的应变，并引起固定曲型梁60上的测量光栅40发生应变，从而测量光栅40的输出波长发生变化。光信号通过光缆41传输到地面的解调设备90，通过解调设备90检测测量光栅40的波长变化从而解调出地应变信号。此外，可以进一步在应变筒20内安装一温度补偿光栅45，温度补偿光栅45通过螺钉22固定于应变筒20内壁，使温度补偿光栅45处于应力自由状态，从而进行温度补偿。需要说明的是，对于波长调制型光纤传感器，敏感元件不限于光纤光栅，即测量光栅60可被其它器件替换而取得相同效果，其它器件如光纤激光器、长周期光栅、啁啾光栅寸。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，包括 应变筒(20)，用于感受应变；安装于应变筒00) —端的端盖(10)，用于密封；不少于一个的安装于应变筒00)内部的曲型梁(60)，用于将应变筒00)的形变转变成轴向位移；不少于一个的固定于曲型梁(60)的中部和端盖(10)之间的测量光栅(40)，用于测量应变；安装于应变筒00)另一端的顶盖(50)，用于保护分量式光纤钻孔应变仪的内部结构并密封；光缆(41)，用于连接安装于井底的分量式光纤钻孔应变仪和地面解调设备(90)； 地面解调设备(90)，用于解调测量光栅00)的波长变化，从而得到地应变值。
2.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述曲型梁(60)和测量光栅GO)成对安装，且一般为三对并互成一定角度，用于测量各个分量的应变。
3.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述端盖(10)上进一步安装有凸台(11)，以便于测量光栅GO)的安装固定。
4.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述应变筒00)的侧壁刚度小于端盖(10)或顶盖(50)的刚度。
5.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述测量光栅GO)具有一定的初始应力。
6.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述顶盖(50)上进一步开有孔(51)，便于测量光栅(40)的尾纤引出。
7.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述曲型梁(60)的两端与应变筒00)的内壁紧密接触。
8.根据权利要求1所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述应变筒00)内进一步安装一温度补偿光栅(45)，用于进行温度补偿。
9.根据权利要求8所述的分量式光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述温度补偿光栅 (45)通过螺钉02)固定于应变筒00)内壁，使温度补偿光栅G5)处于应力自由状态，从而进行温度补偿。
全文摘要
本发明公开了一种分量式光纤钻孔应变仪，包括应变筒，用于感受应变；安装于应变筒一端的端盖，用于密封；不少于一个的安装于应变筒内部的曲型梁，用于将应变筒的形变转变成轴向位移；不少于一个的固定于曲型梁的中部和端盖之间的测量光栅，用于测量应变；安装于应变筒另一端的顶盖，用于保护分量式光纤钻孔应变仪的内部结构并密封；光缆，用于连接安装于井底的分量式光纤钻孔应变仪和地面解调设备；地面解调设备，用于解调测量光栅的波长变化，从而得到地应变值。利用本发明，解决了现有钻孔应变仪的电磁干扰、防雷击、零漂等问题。
文档编号G01V1/52GK102359765SQ201110272389
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者张文涛, 李芳 申请人:中国科学院半导体研究所