[发明专利]一种测量状态量的光纤钻孔应变仪

说明书

技术领域

本发明涉及地震探测技术领域，尤其涉及一种测量状态量的光纤钻孔应变仪。

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-1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，不能解决零漂问题(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。周振安等人提出了可在观测室内的基岩上安装的光纤光栅应变仪(周振安等，“光纤光栅传感器用于高精度应变测量研究”，地球物理学进展，2005)，但是，由于光纤光栅在长期工作中会受到蠕变的影响，故可减小零漂的影响，但不能在长期监测中解决零漂的问题。

因此，本发明提出一种测量状态量的光纤钻孔应变仪，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防雷击和零漂问题。

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测量状态量的光纤钻孔应变仪，以解决现有钻孔应变仪的防雷击和零漂问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种测量状态量的光纤钻孔应变仪，包括：应变筒20，用于感受体应变；充满应变筒20内的液体50，用于传递应变筒20感受到的体应变；端盖10，用于密封；安装于应变筒20底部的膜片65，用于感受应变筒20内容积的变化，并与光纤90的端面形成一个低反射测量干涉仪；安装于应变筒20底部的螺栓80，用于灌注液体50并密封；固定于膜片65外侧的光纤90，用于测量膜片65的形变；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；参考干涉仪83，用于与低反射测量干涉仪匹配，从而得到干涉仪的腔长长度；光源82，用于给系统提供光源；耦合器81，用于连接光源82、光纤90、参考干涉仪83；以及探测器84，用于探测参考干涉仪的输出光强，从而得到应变大小。

上述方案中，所述膜片65与应变筒20内的液体50接触，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，以便光纤90的尾纤引出。

上述方案中，所述应变筒20的侧壁25刚度远小于底端26和端盖10的刚度。

上述方案中，所述应变筒20的底端26进一步开有一阶梯孔21，孔21中有一凸台22，以便于膜片65的安装。

上述方案中，所述应变筒20内可进一步装有一柱体30，用于改变测量状态量的光纤钻孔应变仪的温度特性。

上述方案中，所述光纤90的端部可进一步安装一个固定柱60，固定柱60中有一孔61用于光纤90穿过并固定，固定柱60可安装在阶梯孔21较粗的一侧，以便于光纤90的安装。

上述方案中，所述光纤90与膜片65相对的端面以及膜片65与光纤90相对的一侧的表面光洁度较高，以便形成低反射测量光纤干涉仪。

上述方案中，所述参考干涉仪83的腔长可调。

上述方案中，所述柱体30的温度膨胀系数远小于液体50，当测量状态量的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减小。

(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、本发明提供的这种测量状态量的光纤钻孔应变仪，通过光缆连接井下仪器，光缆可无金属，故防雷击。

2、本发明提供的这种测量状态量的光纤钻孔应变仪，通过两个干涉仪进行匹配测量，可测量出测量干涉仪的绝对腔长值，从而实现了对应变的状态量测量，解决了体应变仪的零漂问题。

附图说明

图1为本发明提供的测量状态量的光纤钻孔应变仪的示意图；