[其他]高精度岩石应力仪

说明书

本实用新型属仪表类，具体涉及一种用于地应力相对测量的高精度岩石应力测量仪器。

岩石应力相对测量技术，由于它的广泛用途，尤其是在预报地震及水库、隧道、坑道塌陷等人身安全事故方面的重要作用，而受到技术界的日益关注。在地应力相对测量方面，常采用电感法，即有芯电感传感器测量法。其原理是，地应力的变化引起岩石钻孔形变，于是使置于岩石钻孔中的传感元件铁芯材料的导磁率发生变化，通过测量传感元件的电感值、电压降或总阻抗，可以测得岩石应力变化的大小和方向，达到预报灾害的目的。

目前通用的有芯电感传感器测量仪器可以分为两类，一类为桥式，另一类为阻抗比较式，见苏联专利SU462982。它们都是把传感器反应岩石应力变化的参量，经长线传输到地面测读主机测量和记录应力的变化。其缺点是岩石钻孔形变与对应的所测参量间的变换，受传感器的结构、材料、加工工艺、接触面加工精度方面之限制，并难以避免电磁干扰；此外还受到钻孔中温度、压力的影响，因而稳定性差，应变灵敏度只能达到10^－7左右，对应力变化的测量精度不能满足实际需要。

本实用新型目的在于提供一种利用电感－频率变换器，将电感参量在岩石钻孔中就地变换成特定频率，使测量值达到稳定、精确的岩石应力测量仪器。

本实用新型方案是，在传感器部分除有芯电感元件外，增设LC桥式振荡器，组成电感－频率变换器，将岩石钻孔形变产生的压力引起的电感量的变化值，变换成特定频率，然后经长传输线输入地面测读主机。为了保证测量值稳定、精确，测读主机中设有分段式数－模变换机构，并可使该测读主机能对一路以上的独立频率信号进行巡测和给出数字显示。

下面结合附图对本实用新型作详细描述：

图1为本实用新型高精度岩石应力仪方框图。

图2为稳幅LC桥式振荡器示意图。

图3为分段式数－模变换示意图。

图中［1］为有芯电感元件，［2］为LC桥式振荡器，［3］为电感－频率变换器，［4］为传输线，［5］为测读主机，［6］为记录仪，［7］为计算机，［8］为倍压整流电路，［9］为稳幅电路，［10］［12］为电阻，［11］为直流放大器，［13］为选频网络，［14］为多位计数器，［15］为数－模变换机构，［16］为数字显示器。

将至少一个由有芯电感元件［1］（如DIL－110型压磁式传感器）和LC桥式振荡器［2］组成的电感－频率变换器［3］，经密封后置于井下，由钻孔形变产生的压力变化，通过电感－频率变换器［3］变换成一至数千赫的振荡频率。该频率信号经长传输线［4］输入地面测读主机［5］，测读主机［5］设有五路输入输出端。信号输入后，经选择开关可使数码管显示五路中任一路所测频率信号的周期值。周期值的变化即对应着岩石应力的变化。为了直观显示应力连续变化趋势，测读主机［5］中设有特定的数－模变换和模量保持机构［15］，能使普通长图记录仪［6］获得精密度优于0.01％的准连续测量曲线。

电感元件［1］两端电压的变化，对测量值的精度的影响很大。为了使电感元件［1］两端电压稳定，LC桥式振荡器［2］采用直接耦合放大器［11］的桥式反馈振荡器和倍压整流电路［8］来稳定振荡幅度。选频网路［13］与电阻［10］［12］及稳幅电路［9］，构成一个四臂电桥，直流放大器［11］的输入输出端分别接到电桥的两对角线上。具有幅度负反馈的振荡器对于低Q值情况是必要的，通过控制负反馈的强弱稳定电感元件［1］上的电压，使放大器［11］工作在线性区，即使在Q值约等于1的情况下也能获得较好的正弦波。

数－模变换机构采取分段式，将多位计数器［14］从最低位开始分成多个数段，每段计数器所计数字，分别进行数－模变换并予以保持。考虑到万位以上的变化几率太小，所以只把数字量的后四位分两段变换，即0～99和100～9900，这样，低段数－模变换的1％，相当于可测周期的0.002％，高段变换的1％相当于可测周期的0.2％。数－模变换机构［15］的输入与多位计数器［14］的输出相连，数－模变换机构［15］的输出与记录仪［6］相连。

发明人曾将本仪器在几个地震台站试用，经实际测量，该仪器所测应力灵敏度约为0.005牛顿／厘米²；在使用普通长图记录仪的情况下，测量精度优于0.01％。