专利名称：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)，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，我们提出一种光纤钻孔应变仪，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、零漂问题。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种光纤钻孔应变仪，包括应变筒20，用于感受应变；充满应变筒20内的液体50，用于传递应变筒20感受到的应变；端盖10，用于密封； 安装于应变筒20底部的波纹管40，用于感受应变筒20内压力的变化；安装于应变筒20底部的螺栓80，用于灌注液体50并密封；固定于波纹管40的端部和应变筒20底端沈的测量光栅60，用于测量波纹管40的端部位移；安装于应变筒20底部的保护罩70，用于保护光纤钻孔应变仪内部结构；光缆65，用于连接安装于井底的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60的波长变化，从而得到地应变值。上述方案中，所述波纹管40与应变筒20内的液体50联通，用于测量液体50的压力变化。上述方案中，所述保护罩70上进一步开有孔71，以便测量光栅60的尾纤引出。上述方案中，所述应变筒20的侧壁25刚度小于底端沈和端盖10的刚度。
上述方案中，所述光纤光栅60具有一定的初始应力。上述方案中，在所述应变筒20的底端沈上进一步安装一螺柱28，以便于固定测量光栅60。上述方案中，所述应变筒20内进一步装有一柱体30，用于改变光纤钻孔应变仪的温度特性。上述方案中，所述波纹管40的端部进一步安装有温度补偿光栅61，用于进行温度补偿。(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为本发明提供的光纤钻孔应变仪的示意图；图2为本发明提供的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2，本发明提供的光纤钻孔应变仪包括应变筒20，用于感受应变； 充满应变筒20内的液体50，用于传递应变筒20感受到的应变；端盖10，用于密封；安装于应变筒20底部的波纹管40，用于感受应变筒20内压力的变化；安装于应变筒20底部的螺栓80，用于灌注液体50并密封；固定于波纹管40的端部和应变筒20底端沈的测量光栅 60，用于测量波纹管40的端部位移；安装于应变筒20底部的保护罩70，用于保护体应变仪内部结构，光缆65，用于连接安装于井底的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60的波长变化，从而得到地应变值。波纹管40与应变筒20内的液体50联通，用于测量液体50的压力变化。保护罩 70上进一步开有孔71，以便测量光栅60的尾纤引出。应变筒20的侧壁25刚度小于(或远小于)底端26和端盖10的刚度。测量光栅60具有一定的初始应力，可在应变筒20的底端沈上进一步安装一螺柱观以便于固定测量光栅60。波纹管40的端部可进一步安装有温度补偿光栅61，温度补偿光栅61处于应力自由状态，仅感受温度变化，用于进行温度补偿。应变筒20内可进一步装有一柱体30，用于改变光纤钻孔应变仪的温度特性。柱体 30可安装于端盖10上。应变筒20内的液体50由于柱体30的存在而体积减少。柱体30 的温度膨胀系数小于(或远小于)液体50，当光纤钻孔应变仪所处环境温度发生改变时，液体50由温度膨胀引起的压力变化将大大减小。
本发明提供的光纤钻孔应变仪的工作原理为，参考图1和图2，将端盖10、应变筒 20、波纹管40、测量光栅60等组装好后，由孔22注入液体50，并通过螺栓80密封。将钻孔应变仪100放入井下后，通过浇注水泥砂浆92，使光纤钻孔应变仪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，从而导致液体50的压力发生变化，进而使波纹管40的端部发生位移。因此固定于波纹管40的端部和应变筒20底端沈的测量光栅60产生应变，从而输出波长发生变化。光信号通过光缆65 传输到地面的解调设备90，通过解调设备90检测测量光栅60的波长变化从而解调出地应变信号。同时，通过解调设备检测温度补偿光栅61的波长变化，从而进行温度补偿。解调设备90可为现在商业的光纤光栅解调设备。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、啁啾光栅等。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
1.一种光纤钻孔应变仪，其特征在于，包括应变筒(20)，用于感受应变；充满应变筒00)内的液体(50)，用于传递应变筒00)感受到的应变；端盖(10)，用于密封；安装于应变筒00)底部的波纹管(40)，用于感受应变筒00)内压力的变化；安装于应变筒OO)底部的螺栓(80)，用于灌注液体(50)并密封；固定于波纹管GO)的端部和应变筒OO)底端06)的测量光栅(60)，用于测量波纹管 (40)的端部位移；安装于应变筒OO)底部的保护罩(70)，用于保护光纤钻孔应变仪内部结构；光缆(65)，用于连接安装于井底的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(60)的波长变化，从而得到地应变值。
2.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述波纹管GO)与应变筒 (20)内的液体(50)联通，用于测量液体(50)的压力变化。
3.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述保护罩(70)上进一步开有孔(71)，以便测量光栅(60)的尾纤引出。
4.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述应变筒O0)的侧壁05) 刚度小于底端(26)和端盖(10)的刚度。
5.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述光纤光栅(60)具有一定的初始应力。
6.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，在所述应变筒O0)的底端 (26)上进一步安装一螺柱(观)，以便于固定测量光栅(60)。
7.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述应变筒O0)内进一步装有一柱体(30)，用于改变光纤钻孔应变仪的温度特性。
8.根据权利要求1所述的光纤钻孔应变仪，其特征在于，所述波纹管GO)的端部进一步安装有温度补偿光栅(61)，用于进行温度补偿。
全文摘要
本发明公开了一种光纤钻孔应变仪，包括应变筒，用于感受应变；充满应变筒内的液体，用于传递应变筒感受到的应变；端盖，用于密封；安装于应变筒底部的波纹管，用于感受应变筒内压力的变化；安装于应变筒底部的螺栓，用于灌注液体并密封；固定于波纹管的端部和应变筒底端的测量光栅，用于测量波纹管的端部位移；安装于应变筒底部的保护罩，用于保护光纤钻孔应变仪内部结构；光缆，用于连接安装于井底的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、零漂问题。
文档编号G01B11/16GK102322814SQ201110272950
公开日2012年1月18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