[其他]弦频式钻孔应变仪

说明书

本发明涉及地球科学方面的一种测量仪器，特别是一种能探测地震的仪器。该仪器具有：全金属密封组合传感器、遥控自动加力装置、自动调压平衡装置、全自动控制、数学显示、打印记录系统。传感器可整体下井，为直接接触的线应变测量。该仪器的灵敏度为２×１０^-9，测量精度为５×１０^-9，能测出连续、完整、可靠的钻孔应变固体潮资料。实测中已获得了一批有一定理论意义和实用价值的震前、震时、震后应变信息。

本发明涉及地球科学方面的一种测量仪器，特别是一种能探测地震的仪器。

随着近代量测技术的发展，直接测取地球及其壳层的各种参数有了可能。测量地壳表层应力值和获得水平应变的性质，不仅是地质学地球物理学所涉及的大陆漂移，海底扩张及板块构造等一系列基本理论假说论证的有力论据，也是当前地震预报、工程结构部门急需得知的重要参数。

国外用于钻孔中观测地应力的仪器，有美国研制的钻孔式振弦应力仪。该应力仪上的传感器（测量元件的组合体）为园柱体钢套，钢套上固定有振动弦和激励线圈，通过多芯电缆与地表系统相接。在一个钻孔中安装有三个传感器，传感器在水平方向成45°角，测量记录的是应力值，仪器的灵敏度为10^-7量级，而10^-7量级是记录不到地球固体潮的。（地球固体潮是日、月、天体作用于地球所产生的地球微量弹性变化）。

国内70型钢弦应力仪的不足之处：密封性不好、易渗水、传感器寿命短;气压、地下水位变化对传感器影响较大，干挠了记录资料的质量;记录为人工读数;灵敏度为10^-7量级，记录不到地球固体潮。

上述提及到的国内外观测地应力的仪器均存在灵敏度低的问题，记录不到地球固体潮。

本发明弦频式钻孔应变仪，是专为地球科学基本理论研究而研制的仪器，能记录到地球固体潮，适合于对地球固有弹性应变性质。地质力学中介质力学性质。板块构造及其边界运动形式。地震前后大面积应力场及其动态过程等方面的研究，也可直接用于地震预报前兆探索，断层微量位移及工业国防部门中高精度应力应变测量。

该仪器的设计原理：在一个固定的弹性框架上，固紧一根金属弦丝，采用电磁的方式使弦振动起来，通过测量该弦的固有频率，以获得作用于振弦上张应力的状况，进而研究弹性框架所处介质的应变图象。采用公式：

式中：f_＊-弦振动之固有频率

T-弦振动之固有周期

L-弦之长度

σ-作用于弦上之张应力

ρ-振弦之线密度

当所选取的L、ρ固定之后，弦振频率仅与弦长的张应力有关，即f_＊仅与σ有关，而σ决定于框架所受钻孔介质的应力或应变，从而通过f_＊的测定即可获得所测实体的应力应变状况。

该仪器的核心部件采用弦振-频率传感器，这种传感器，为四个测量元件（探头〔3〕和伺服加力装置〔5〕）的组合体。其组合体内的四个探头中，一个为自校用的悬空探头，另三个为受力测量元件探头，这三个探头的方位互成60°。探头在井孔中所接受到的钻孔应变信息将通过特制的电缆传输到井上自动显示记录和控制系统内实施计算和遥传。在正常测量时，该仪器处于全天候工作状态。

该仪器的传感器结构简图如图1所示。传感器是由吊环〔1〕、电缆〔2〕、探头〔3〕、外壳〔4〕、伺服加力装置〔5〕、壳体组合件〔6〕、自动调压平衡装置〔7〕、寻的器〔8〕、定向器〔9〕、紧固开花筒〔10〕组成。

传感器上探头〔3〕的结构简图如图3所示。探头〔3〕是由滑轴〔11〕、弦丝固定夹〔12〕、弦丝〔13〕、激发器〔14〕弹性框架〔15〕、接收器〔16〕等零、部件组成。

传感器上的伺服加力装置〔5〕如图4所示。该装置为遥控式自动加力装置，是由连接轴〔17〕、测量组合件〔18〕、波纹管〔19〕、传感触头〔20〕、密封环〔21〕、伺服电机〔22〕双螺旋面加力装置〔23〕、弦座〔24〕等零、部件组成。