本實(shí)用新型涉及地震前兆觀測(cè)等鉆孔應(yīng)變觀測(cè)、礦山及其他工程測(cè)量等鉆孔體應(yīng)變觀測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器。

背景技術(shù)：

鉆孔應(yīng)變觀測(cè)儀器的探頭一般置于鉆孔中數(shù)十米深的基巖中，觀測(cè)的是地殼表層的應(yīng)變變化。觀測(cè)對(duì)象包括：體應(yīng)變和分量應(yīng)變。現(xiàn)有鉆孔體應(yīng)變儀的觀測(cè)原理是：當(dāng)盛有不可壓縮液體的可變形容器所受壓力發(fā)生變化時(shí)，向上的出口處的液面高度就會(huì)隨之變化。目前鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)使用的體應(yīng)變觀測(cè)儀器，是中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所研制的TJ系列體應(yīng)變儀。這種儀器的觀測(cè)精度達(dá)到10^-9，可以清楚地記錄到固體潮，并且有良好的穩(wěn)定性，是中國(guó)地震局“九五”開始正式入網(wǎng)的地震前兆監(jiān)測(cè)儀器。

體應(yīng)變儀的工作原理較為簡(jiǎn)單，即一個(gè)長(zhǎng)圓形的彈性筒內(nèi)，充滿了硅油，當(dāng)它受到四周巖石的擠壓或拉伸時(shí)，筒內(nèi)的液體壓力發(fā)生改變，通過液壓的增大或縮小，即可得知巖石的應(yīng)變狀態(tài)是壓縮還是拉伸。當(dāng)電壓向正向變大時(shí)，表示受壓縮，即正為壓，曲線向上變化；電壓值朝負(fù)向變時(shí)，表示受拉伸，即負(fù)為張，曲線向下變化。

體應(yīng)變傳感器采用擴(kuò)散硅差壓傳感器，體積式應(yīng)變傳感器工作時(shí)需要用膨脹水泥將探頭耦合到井下巖孔內(nèi)，由于傳感器一般為低壓電子電路元件，易受雷擊，而體應(yīng)變傳感器中其它的部件如電磁閥，標(biāo)定電阻等均是機(jī)械零件類的線圈等，不易受雷擊，且雷擊后也不易損壞。如果工作時(shí)井下傳感器遭到雷擊損壞后，主要原因是井下傳感器采用電子電路放大結(jié)構(gòu)，易遭雷擊損壞，由于水泥固結(jié)使得探頭不能夠取出進(jìn)行維修。如果需要恢復(fù)觀測(cè)，只能靠鉆井將井下探頭鉆出，進(jìn)行維修后或更換重新安裝，另外，這種高靈敏度的儀器重新安裝后需要穩(wěn)定時(shí)間非常長(zhǎng)，恢復(fù)觀測(cè)成本非常大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器，地下部份不遭受雷擊損壞，在遭受雷擊時(shí)，只損壞地面儀器部分，容易維修或更換，從而解決雷擊損壞井下傳感器不易維修的問題。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器，包括：設(shè)于地下鉆孔中的測(cè)量裝置1、光纖壓力傳感器6、連接光纖2與地面儀器；地面儀器包括調(diào)制解調(diào)器3、控制裝置4與電源5；

光纖壓力傳感器內(nèi)置于測(cè)量裝置1中測(cè)量鉆孔中壓力變化，連接光纖2連接光纖壓力傳感器6與調(diào)制解調(diào)器3；控制裝置4連接并控制調(diào)制解調(diào)器3；電源5連接調(diào)制解調(diào)器3與控制裝置4并供電。

所述的測(cè)量裝置1包括筒體11、中隔板12、底座13與上蓋14；底座13設(shè)于筒體11下端，上蓋14設(shè)于筒體11上端，中隔板12設(shè)于筒體11內(nèi)中部，將筒體11分隔成上腔111與下腔112；下腔112內(nèi)充滿測(cè)壓硅油15；上腔111中充有保護(hù)硅油16，保護(hù)硅油16上方填充氬氣17；

測(cè)壓硅油15與保護(hù)硅油16通過中隔板12設(shè)置的電磁閥9連通；

光纖壓力傳感器6設(shè)置于中隔板12，測(cè)量測(cè)壓硅油15與保護(hù)硅油16的壓力差。

所述的測(cè)量裝置1還包括標(biāo)定電阻18，標(biāo)定電阻18設(shè)于中隔板12下方的下腔112中。

所述的下腔112內(nèi)還設(shè)有金屬柱芯19。

由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器，地下部份不遭受雷擊損壞，在遭受雷擊時(shí)，只損壞地面儀器部分，容易維修或更換，從而解決雷擊損壞井下傳感器不易維修的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器，其特征在于，包括：設(shè)于地下鉆孔中的測(cè)量裝置1、光纖壓力傳感器6、連接光纖2與地面儀器；地面儀器包括調(diào)制解調(diào)器3、控制裝置4與電源5；光纖壓力傳感器6內(nèi)置于測(cè)量裝置1中測(cè)量鉆孔中壓力變化，連接光纖2連接光纖壓力傳感器與調(diào)制解調(diào)器3；控制裝置4連接并控制調(diào)制解調(diào)器3；電源5連接調(diào)制解調(diào)器3與控制裝置4并供電。

測(cè)量裝置1位于地下的鉆孔中，只通過非金屬的連接光纖2與地面儀器相連，地下光纖壓力傳感器6只通過連接光纖2與調(diào)制解調(diào)器3連接，光纖壓力傳感器6的應(yīng)變信號(hào)通過該通道傳輸?shù)降孛娴恼{(diào)制解調(diào)器3，調(diào)制解調(diào)器3解調(diào)出壓力信號(hào)，控制裝置4接收調(diào)制解調(diào)器器調(diào)制解調(diào)器3的輸出信號(hào)，并根據(jù)光纖壓力傳感器6的靈敏度轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變信號(hào)，并將信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、并提供時(shí)鐘服務(wù)、通過網(wǎng)絡(luò)接口7通訊完成與外界聯(lián)系的數(shù)據(jù)服務(wù)等功能。電源5提供系統(tǒng)所需要的電源，包括調(diào)制解調(diào)器器3需要的24伏電壓，控制裝置4需要的5伏電源。連接光纖2長(zhǎng)度一般可達(dá)數(shù)百米。地下部份不遭受雷擊損壞，在遭受雷擊時(shí)，只損壞地面儀器部分，容易維修或更換，從而解決雷擊損壞井下傳感器不易維修的問題。

光纖傳感器的技術(shù)發(fā)展及在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，基于光纖壓力傳感器的新型體積式應(yīng)變觀測(cè)儀器可成為永久性井下儀器。此外光纖傳感器成本將會(huì)逐步下降，為該技術(shù)在體應(yīng)變觀測(cè)中的應(yīng)用具有很好的前景。

如圖2所示，本例中所述的測(cè)量裝置1包括筒體11、中隔板12、底座13與上蓋14；底座13設(shè)于筒體11下端，上蓋14設(shè)于筒體11上端，上蓋14起密封作用，保護(hù)傳感器內(nèi)部的元件，中隔板12設(shè)于筒體11內(nèi)中部，將筒體11分隔成上腔111與下腔112；下腔112內(nèi)充滿測(cè)壓硅油15；上腔111中充有保護(hù)硅油16，保護(hù)硅油16上方填充氬氣17；氬氣17的作用使上腔111中的保護(hù)硅油16壓力保持為一個(gè)大氣壓左右，便于后續(xù)壓力平衡控制。由于氬氣17的存在，上腔111的壓力P0基本恒定，但在下腔112，只要外力使得腔室的體積有微量變化時(shí)，硅油的壓力P1即會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。

測(cè)壓硅油15與保護(hù)硅油16通過中隔板12設(shè)置的電磁閥9連通；當(dāng)上下腔壓力差超過量程，打開電磁閥9，上下腔連通，通過硅油的流動(dòng)，使上下腔壓力平衡。電磁閥9通電時(shí)能夠開啟，使得上腔111與下腔112連通，兩腔間的壓力差變?yōu)榱悖琍1＝P0，又由于P0是恒定的標(biāo)準(zhǔn)壓力(設(shè)定為一個(gè)大氣壓)，因而開啟電磁閥9時(shí)可使下腔112的油液壓力恢復(fù)為原有的標(biāo)準(zhǔn)壓力。開啟電磁閥9時(shí)，硅油會(huì)有少量(如0.003cm3量級(jí)的流動(dòng)，所需的時(shí)間僅需0.2s左右)。因此電磁閥9在絕大多數(shù)的時(shí)間內(nèi)是關(guān)閉的。

電磁閥9由通訊電纜接到地面，在儀器安裝初期，儀器超過量程時(shí)需要開啟電磁閥9，這時(shí)需要通訊電纜；在儀器穩(wěn)定后(一般需要2-3個(gè)月時(shí)間)，就不用開啟電磁閥9了，儀器穩(wěn)定后可以將電磁閥9控制電路開路或去掉。目前，實(shí)際運(yùn)行的現(xiàn)有的儀器幾年也不需要開啟電磁閥9。保留有三條電纜連接到地面，一個(gè)是電磁閥控制通訊電纜；一個(gè)是標(biāo)定電纜，還有一條是公共地線電纜。同時(shí)，壓力傳感器中存在著低壓的電子電路元件，易受雷擊；而電磁閥9的控制部份為線圈與電磁鐵，非電子元件，不易受雷擊。后面記載的標(biāo)定電阻18為線繞電阻絲，也不易受雷擊。因此，本專利解決了壓力傳感器的雷擊問題。

光纖壓力傳感器6設(shè)置于中隔板12，測(cè)量測(cè)壓硅油15與保護(hù)硅油16的壓力差。外部壓力變化作用在筒體11筒壁上，通過測(cè)壓硅油15把壓力傳遞給光纖壓力傳感器6，即可測(cè)量測(cè)壓硅油15與保護(hù)硅油16的壓力差。也就是是上腔111與下腔112的壓力之差，即P1-P0，但實(shí)際上P0基本不變(制作時(shí)已將P0設(shè)定為一個(gè)大氣壓，即0.1MPa，所以差壓傳感器所反映的信息，只是下腔室的壓力變化。傳感器的電輸出值e與長(zhǎng)圓筒的體積應(yīng)變?chǔ)1/V1成正比。

另外，本例中，所述的測(cè)量裝置1還包括標(biāo)定電阻18，標(biāo)定電阻18設(shè)于中隔板12下方的下腔112中。標(biāo)定電阻18用作光纖壓力傳感器6標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)標(biāo)定電阻18電阻絲發(fā)熱，測(cè)壓硅油15體積膨脹，壓力增大，可用于標(biāo)定。

另外，本例中，所述的下腔112內(nèi)還設(shè)有金屬柱芯19。金屬柱芯19比硅油更不可壓縮；同時(shí)起到了傳感器配重的作用。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。