[发明专利]一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统

权利要求书

1.一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于，包括：

壳体，呈筒体结构，所述壳体为内外双层结构，内层和外层材料的弹性模量为8-15GPa、抗拉强度不小于60MPa；

至少六个方向互不相同的光纤光栅，其布设在所述壳体的内层和外层之间，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm。

2.根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅，所述壳体材料采用有机玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述光纤光栅沿同一圆周分为三组等间距布设，每组所述光栅传感器至少设有三个，分别沿周向、轴向、以及与轴向间隔45°的方向布设。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光纤光栅为同一种基体材料。

5.根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体的内部具有用以容纳胶体粘结剂的壳体储胶腔，所述胶体粘结剂用以实现所述壳体外侧与钻孔孔壁的粘结。

6.根据权利要求5所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述胶体粘结剂的初凝时间为30-45分钟，终凝时间为15-17小时，弹性模量为9-12GPa，抗拉强度不小于60MPa。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：在所述壳体的前端开口处设有塞体结构，所述塞体结构通过临时固定件与所述壳体固定连接，当所述壳体和所述塞体结构之间的受力强度大于所述临时固定件的强度时，所述临时固定件失效，所述塞体结构的至少部分塞体可被容纳于所述壳体内，所述塞体结构与所述壳体之间具有可将所述胶体粘结剂挤压至所述壳体的外侧与孔壁之间的出胶通道。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感器，当塞体到达壳体储胶腔底部，所述独立光栅传感器挤断，该通道传输数据缺失。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；

所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；

所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。

10.根据权利要求9所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接。