专利名称：钻孔轴向应变测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钻孔应变测量技术领域，更具体的说是涉及一种钻孔轴向应变测
量装置。
背景技术：
钻孔应变仪是一种长圆筒形地球物理仪器，圆形钢筒内固定有测量不同方向的线应变传感器，可以安置于深钻井里测量地壳岩体的受力变形过程。圆形钢筒用水泥固结在钻井底部，与周围岩石成为一体，因而能够直接测量地壳应力应变状态的连续变化。国内外现有的钻孔应变仪，井下探头内有3到4个应变传感器，大多为径向水平安装的结构，用来测量不同方向地壳的水平应变，能够反演出地壳水平应变场的全部分量。但是，考虑到地壳岩石结构及地质构造的复杂性，在地壳板块与板内断层活动的动力作用下，区域地壳受力变形一般除了有水平变形分量外，多伴有垂向变形发生。许多大地震都会造成地表的巨大变形与破坏，可以从另一个方面表明，地壳的受力变形既有水平方向的分量，也有垂直方向的表现。比如2008年5月12日发生的四川汶川大地震，经过对GPS数据分析和现场地质调查，该地震造成映秀至北川断裂带出现垂直和水平方向的位错，最大的垂直位错幅度为4 米左右。这造成了四川盆地沉降，龙门山大幅度抬高，重庆地区也有所抬高。其地表最大标量位移大于細，位于成都西北(103.9° E，31.73° )附近，距离都江堰市仅30余公里。形变较大的区域覆盖了汶川、茂县、理县和北川等四县。所以，为了全面了解在构造活动作用下区域地壳受力变形的特点，有必要同时监测地壳水平应变和垂向应变随时间的变化。目前，服务于地震预报研究的高精度地壳变形观测可分作三种类型第一种类型是安装在地表的山洞、隧道里的长基线型应变测量仪，其测量基线长达10-50米，灵敏度可达10,应变；第二种类型是运用空间技术的GPS全球卫星定位系统，它的灵敏度一般在 10_7应变量级。这两种类型仪器，前者因为人类活动的影响，地表干扰越来越大，很难找到理想的观测场所，特别是在大城市与经济发达地区，后者虽然长期稳定性好，但由于灵敏度偏低，难以观测到准确的地震孕育过程，特别是重要的临震异常信号，所以，这两种手段还不能完全满足当前地震监测预报研究的需要。第三种类型，就是近年来迅速发展的钻孔型观测仪器，也可称作短基线仪器，例如测量水平应变时，一般钻孔孔径为IOcm左右，仪器内应变传感器的基线长度大约也是这个尺度。这种钻孔应变仪通常可用水泥固结在数百米深的井下工作，故地表发生的人类工程活动以及降雨、雷击等气象因素所引起的干扰都能得到很好的抑制，它们的灵敏度通常优于10-10应变。因为具有抗干扰能力强和灵敏度高的特点，中国、日本、美国的地震预报研究均投入较大的力量发展此种观测技术。美国2004年开展的EARTHSC0PE研究计划甚至称“钻孔应变仪是揭示短期(数秒至数月)地壳连续变形的理想仪器，在对地震与火山喷发之前和临近时的现象的观测中将发挥主要作用”。但目前开展的钻孔应变观测绝大多数限于测量地壳的水平应变。日本东京大学地震研究所于上世纪末研制的多分量钻孔应变仪中包含了钻孔轴向应变测量单元，是在地壳垂向应变观测方面的首次尝试。该仪器井下探头测量垂向应变的磁感应位移传感器装置于一个圆筒内，测量基线的长度基本上与该段圆筒的长度相当。当用水泥将圆筒状探头固结安装在钻孔底部后，地壳岩体在发生受力变形时，钻孔应变仪的弹性圆筒外壳会产生相应的变形，于是，可以用水平安装的位移传感器测量地壳的水平应变，用轴向安装的位移传感器测量地壳垂向应变。这种用弹性圆筒作为钻孔轴向变形传递装置的测量方法，很容易受弹性圆筒水平变形的干扰，故在进行钻孔轴向应变测量时会带来较大的误差。
实用新型内容本实用新型提供了一种钻孔轴向应变测量装置，可以单独使用，也可连接在钻孔水平应变仪上，通过带有隔离层的位移连接杆和锚头将地壳的垂直应变传递至测量传感器，解决了日本钻孔轴向应变测量单元容易受弹性圆筒水平变形干扰的问题，使钻孔轴向应变的传递较少受其水平变形的影响，从而提高了轴向应变的测量精度。本实用新型是采用如下技术方案来实现上述目的的一种钻孔轴向应变测量装置， 连接在钻孔水平应变仪上，包括有圆筒状外壳、安装在外壳内的位移传感器、与传感器连接的位移传递杆、连接在位移传递杆末端的锚头，该位移传递杆沿外壳轴向设置并伸出外壳， 在该位移传递杆外表面设有与其可相对滑动的柔性隔离套。作为上述方案的进一步说明优选地，所述位移传感器为电容式位移传感器，包括定极板和动极板，该定极板固定连接在外壳内，该动极板与位移传递杆固定连接。优选地，所述位移传递杆为刚性金属直杆，该位移传递杆的中部与外壳端部可滑动连接，该位移传递杆包含于外壳的一端与位移传感器固定连接，该位移传递杆伸出于外壳的一端与锚头固定连接。优选地，所述隔离套为布套或塑料套，该布套或塑料套可滑动的套在位移传递杆外表面。优选地，所述隔离套为缠绕在位移传递杆外表面的布条或塑料薄膜。优选地，所述锚头为圆形金属盘状结构，该锚头在其圆心处垂直连接于位移传递杆端部。本实用新型采用以上技术方案所能达到的有益效果是本实用新型所述的钻孔轴向应变测量装置采用刚性的位移传递杆和锚头将地壳的垂直位移传递给位移传感器的活动端，因为采用刚性的位移传递杆，并且在位移传递杆外围还设有隔离套，用以减小井下水泥与位移传递杆的相互作用，所以位移传递杆在传递轴向位移时受水平方向的影响较小， 同时也不会因水泥层与位移传递杆的摩擦力而影响位移传递，进而提高测量精度。
图1是本实用新型所述钻孔轴向应变测量装置的结构示意图；图2是本实用新型所述钻孔轴向应变测量装置的试验测试数据。附图标记说明1-钻孔水平应变仪，2-钻孔轴向应变测量装置，3-外壳，4-位移传递杆，5-隔离层，6-锚头，7-定极板，8-动极板。
具体实施方式
为进一步阐述本实用新型的结构和功能，
以下结合附图和优选的实施例对本实用新型作详细说明，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式
的限制。图1是本实用新型所述钻孔轴向应变测量装置的结构示意图，如图中所示，该钻孔轴向应变测量装置2包括有密封圆筒状的不锈钢外壳3、安装在外壳3内的电容式位移传感器、与电容式传感器连接的位移传递杆4、连接在位移传递杆4末端的锚头6，该外壳3 上端通过密封接头连接在钻孔水平应变仪1下端，与钻孔水平应变仪1连成一体。该位移传递杆4为刚性的不锈钢直杆，该位移传递杆4沿外壳3轴心方向伸进外壳3内并与外壳3 下端可滑动连接，该位移传递杆4包含于外壳3的一端与电容式位移传感器的动极板8固定连接，该位移传递杆4伸出于外壳3的一端与锚头6固定连接，该电容式位移传感器的定极板7固定连接在外壳3内，该锚头6为圆形金属盘状结构，该锚头6在其圆心处垂直连接于位移传递杆4端部。在位移传递杆4的外表面还缠绕有3-4层塑料薄膜构成隔离层，用以减小井下水泥与位移传递杆4的相互作用，从而保证测量精度。图2为本实用新型所述钻孔轴向应变测量装置采用现有的下井注水泥工艺安装在251米井下试验获得的记录数据，记录时段为2011年2月15日至3月3日。从记录曲线可看到清晰的固体潮汐变化，潮汐日波与半日波形态规范，最大半日波潮汐幅度近60纳应变，具有很高的信噪比。本实用新型上述实施例和附图所示仅为本实用新型较佳实施例之一，并不能以此局限本实用新型，在不脱离本实用新型精髓的条件下，本领域技术人员所做的任何变动，都属本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种钻孔轴向应变测量装置，其特征在于，包括有圆柱状外壳、安装在外壳内的位移传感器、与传感器连接的位移传递杆、连接在位移传递杆末端的锚头，该位移传递杆沿外壳轴向设置并延伸出外壳，在该位移传递杆外表面设有与其可相对滑动的柔性隔离套。
2.根据权利要求1所述的钻孔轴向应变测量装置，其特征在于，所述位移传感器为电容式位移传感器，包括定极板和动极板，该定极板固定连接在外壳内，该动极板与位移传递杆固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的钻孔轴向应变测量装置，其特征在于，所述位移传递杆为刚性金属直杆，该位移传递杆的中部与外壳端部可滑动连接，该位移传递杆包含于外壳的一端与位移传感器固定连接，该位移传递杆伸出于外壳的一端与锚头固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的钻孔轴向应变测量装置，其特征在于，所述隔离套为布套或塑料套，该布套或塑料套可滑动的套在位移传递杆外表面。
5.根据权利要求1或2所述的钻孔轴向应变测量装置，其特征在于，所述隔离套为缠绕在位移传递杆外表面的布条或塑料薄膜。
6.根据权利要求3所述的钻孔轴向应变测量装置，其特征在于，所述锚头为圆形金属盘状结构，该锚头在其圆心处垂直连接于位移传递杆端部。
专利摘要本实用新型公开了一种钻孔轴向应变测量装置，包括有圆柱状外壳、安装在外壳内的位移传感器、与传感器连接的位移传递杆、连接在位移传递杆末端的锚头，该位移传递杆沿外壳轴向设置并延伸出外壳，在该位移传递杆外表面设有与其可相对滑动的柔性隔离套。本实用新型可以单独使用，也可连接在钻孔水平应变仪上，通过带有隔离层的位移连接杆和锚头将地壳的垂直应变传递至测量传感器，解决了日本钻孔轴向应变测量单元容易受弹性圆筒水平变形干扰的问题，使钻孔轴向应变的传递较少受其水平变形的影响，从而提高了轴向应变的测量精度。
文档编号G01B7/16GK202126504SQ20112016403
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者张钧, 欧阳祖熙 申请人:张钧, 欧阳祖熙