[发明专利]分布式光纤光栅孔壁应变计

说明书

本发明公开了一种分布式光纤光栅孔壁应变计，通过分布式光纤光栅孔壁应变计来开展基于套芯应力解除法的孔壁应变测试，其外径为36mm，满足在38～40mm安装子孔中的测量要求，测量精度达到0.5％FS。采用带温度补偿单元的光纤光栅应变传感器，利用单模光纤作为传感介质，将光纤光栅应变传感器串联构建分布式传感组件，并按照一定角度缠绕固定在在弹性模量已知空心管壁上，外面覆盖一层环氧树脂外壳以便更好的与孔壁耦合，利用孔口光纤光栅解调仪将传感器数据记录并存储，实现应力解除过程中孔壁应变的分布式测量。本发明具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀性好、体积小精度高、测量面积大等优点，且结构简单，尺寸较小，安装与测量流程快速方便。

技术领域

本发明涉及，具体地说，涉及一种本发明创造的名称为“分布式光纤光栅(FBG)孔壁应变计”，主要应用于基于孔壁套芯应力解除法的地应力测量领域，其功能是：通过设计分布式光纤光栅应变传感组件，并将其缠绕并固定在在弹性模量已知的空心管壁上，测量在套芯应力解除过程中子孔孔壁的应变量，结合孔口光纤光栅解调仪将传感器应变数据记录并存储到计算机，通过孔壁应变测量应力计算理论和空心包体应变测量应力计算理论及公式(蔡美峰，1999)求出小孔周围的原岩应力状态。

背景技术

深部地壳应力状态的观测与估算是地应力实测工作的一个重要难点问题，从地应力概念提出至今，各国科学家提出的数十种地应力测试方法按照其数据来源归类，大概可以分为五大类：基于岩芯的方法、基于钻孔的方法、地质学方法、地球物理方法(或地震学方法)、基于地下空间的方法(Hill et al.，1994；Amadei and Stephasson，1997)。套芯应力解除法作为一种基于钻孔的地应力测量常用方法，通过监测岩芯从母岩解除下来过程中的应变或变形，进而反演原地应力场。套芯应力解除法在测定原岩应力(绝对应力)的适用性和可靠性方面，经过国内外学者数十年的研究(O.J.Olson，1949；N.Hast，1974)，目前已形成一套标准化的测量程序，使用和测量过程相对与别的测试方法较为方便，且测量设备重量体积较小，成为适用性强和可靠性高的地应力测量方法之一。套芯应力解除法的测量步骤示意图如图1-4所示：其中：81为套芯大孔，82为安装子孔，83为应变传感器探头，84为套孔岩芯。