本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械力學(xué)結(jié)構(gòu)、電子測量系統(tǒng)，尤其涉及一種用于通過鉆孔澆注耦合方式對垂向線應(yīng)變進(jìn)行測量的鉆孔垂向線應(yīng)變測量儀。

背景技術(shù)：

在地球物理及大地測量中，經(jīng)常使用鉆孔類儀器，對鉆孔內(nèi)的地應(yīng)力、地應(yīng)變進(jìn)行測量。測量中，首先在地殼待測部位打孔，再將測試探頭下放到待測孔段，使用水泥澆注方式將測量元件與孔壁耦合，使元件與孔壁達(dá)到焊接耦合的邊界條件。這樣，鉆孔內(nèi)巖石的變形便會傳遞到探頭上，應(yīng)力應(yīng)變測量元件根據(jù)這一變形達(dá)到測量的目的。

為了適應(yīng)測量環(huán)境及測量的要求，這一類儀器的力學(xué)結(jié)構(gòu)需要滿足各相同性或測量方向比其他方向等效模量低一個數(shù)量級的要求。由于鉆孔都為圓柱形結(jié)構(gòu)，因此測量探頭的外形也都是柱形，其水平向的等效彈性模量低于軸向及其他方向，因此水平向以外的應(yīng)變測量較為困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供了一種新型鉆孔垂向線應(yīng)變測量儀，其傳感部件的環(huán)形或其他形狀外殼為等效模量匹配結(jié)構(gòu)，使其在測量向等效模量符合應(yīng)變測量要求；其外鋼筒為密封及支撐結(jié)構(gòu)，傳感單元的受力桿穿過外鋼筒感受鋼筒外的應(yīng)變變化，可測量鉆孔內(nèi)垂向的線應(yīng)變。

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

一種鉆孔垂向線應(yīng)變測量儀，用于對所安裝區(qū)域的地形變進(jìn)行垂向的線應(yīng)變測量，包括：傳感單元，其感應(yīng)鉆孔內(nèi)垂向線應(yīng)變；以及外鋼筒(11)，其將所述傳感單元容納于外鋼筒(11)內(nèi)并支撐所述傳感單元，其中，所述傳感單元包括應(yīng)變傳感器(8)、等效彈性模量匹配外殼(7)、上傳動桿(6)和下傳動桿(10)，所述應(yīng)變傳感器(8)安裝于所述等效彈性模量匹配外殼(7)內(nèi)，所述上傳動桿(6)和下傳動桿(10)將所述傳感單元固定在所述外鋼筒(11)內(nèi)，所述下傳動桿(10)垂直地伸出所述外鋼筒(11)的下底，所述下傳動桿(10)與所述外鋼筒(11)的下底之間為軟性連接。

優(yōu)選地，所述外鋼筒(11)的下底上設(shè)置有彈性“O”型圈，所述下傳動桿(10)通過所述彈性“O”型圈(12)伸出所述外鋼筒(11)的下底。

優(yōu)選地，在所述外鋼筒(11)的上部通過密封頭安裝螺釘(2)、密封頭“O”型圈(3)與密封頭(1)固定連接，所述密封頭(1)具有出線口(4)。

優(yōu)選地，所述外鋼筒(11)只起到保護(hù)及支撐所述傳感單元的作用，其本身的變形對應(yīng)變傳感器(8)基本上不產(chǎn)生影響。

優(yōu)選地，進(jìn)一步包括傳感器支撐架(5)，所述傳感器支架(5)與所述密封頭(1)固定連接，所述上傳動桿(6)與所述傳感器支架(5)固定連接以固定所述傳感單元。

優(yōu)選地，所述等效彈性模量匹配外殼(7)為環(huán)形外殼。

優(yōu)選地，所述下傳動桿(4)的伸出所述外鋼筒(11)的一端具有導(dǎo)正部件。

優(yōu)選地，所述上傳動桿(6)和下傳動桿(10)的外壁具有螺紋，所述應(yīng)變傳感器(8)的上端和下端分別具有螺紋孔，所述上傳動桿(6)穿過上端的螺紋孔以及所述下傳動桿(10)穿過下端的螺紋孔，通過螺紋嚙合將應(yīng)變傳感器(8)和等效彈性模量匹配外殼(7)固定支撐于所述外鋼筒(11)內(nèi)。

本實(shí)用新型具有下述有益效果：上述鉆孔垂向線應(yīng)變測量儀在吊裝到鉆孔后，使用特種水泥澆筑耦合，由于下傳動桿與外鋼筒使用彈性“O”型圈固定，為軟性連接，因此外鋼筒的變形不會傳導(dǎo)到傳感單元(應(yīng)變測量單元)，鉆孔變形會通過耦合水泥沿下傳動桿的方向傳遞到應(yīng)變傳感器上，達(dá)到測量垂向線應(yīng)變的目的。

附圖說明

圖1是鉆孔斜向線應(yīng)變測量儀結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例并不是對本實(shí)用新型的限制。在不背離實(shí)用新型構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本實(shí)用新型中。

下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1所示的鉆孔垂向線應(yīng)變測量儀，用于對所安裝區(qū)域的形變進(jìn)行垂向線應(yīng)變測量，包括：傳感單元(6，7，8，10)，其感應(yīng)鉆孔內(nèi)垂向線應(yīng)變；以及外鋼筒11，其將傳感單元容納于外鋼筒11內(nèi)并支撐該傳感單元。

其中，傳感單元包括應(yīng)變傳感器8、等效彈性模量匹配外殼7、上傳動桿6和下傳動桿10。應(yīng)變傳感器8安裝于等效彈性模量匹配外殼7內(nèi)。上傳動桿6和下傳動桿10將傳感單元固定在外鋼筒11內(nèi)。

通過選取等效彈性模量匹配外殼7不同的材料、厚度和寬度可以得到適于測量要求的等效模量。圖1中等效彈性模量匹配外殼7的形狀為環(huán)形，在其他實(shí)施例中，也可以是矩形或三角形等其他形狀，只要滿足使應(yīng)變傳感器8位于該匹配外殼7內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)情況對匹配外殼7選擇合適的形狀和尺寸。等效彈性模量匹配外殼7的作用主要是為了給予應(yīng)變傳感器8一定的硬度，從而可以采用等效彈性模量匹配的方式實(shí)現(xiàn)線應(yīng)變測量。

下面介紹上傳動桿6和下傳動桿10如何將傳感單元固定在外鋼筒11內(nèi)。

如圖1所示，在外鋼筒11的上部具有密封頭1、密封頭安裝螺釘2、密封頭“O”型圈3以及出線口4。外鋼筒11通過密封頭安裝螺釘2、密封頭“O”型圈3套插在密封頭(上密封頭)1上，構(gòu)成密閉空腔。密封頭1的出線口4供應(yīng)變傳感器8的電源及信號等引線通過出線口4引出。傳感器支架5與密封頭1固定連接，上傳動桿6與傳感器支架5固定連接從而可以固定傳感單元。

另外，上傳動桿6和下傳動桿10的外壁具有螺紋，應(yīng)變傳感器8的上端和下端分別具有螺紋孔，上傳動桿6穿過上端的螺紋孔以及下傳動桿10穿過下端的螺紋孔，這樣通過螺紋嚙合，上傳動桿6與應(yīng)變傳感器8固定以及下傳動桿10與應(yīng)變傳感器8固定，從而將應(yīng)變傳感器8和等效彈性模量匹配外殼7固定支撐于外鋼筒11內(nèi)。

接下來介紹下傳動桿10與外鋼筒11之間的軟性連接。

下傳動桿10垂直地伸出所述外鋼筒11的下底，下傳動桿10與外鋼筒11的下底之間為軟性連接。這里“垂直地伸出”是指下傳動桿10與水平面成90度的直角。具體地，該軟性連接是這樣實(shí)現(xiàn)的：外鋼筒11的下底上設(shè)置有彈性“O”型圈12，下傳動桿10通過該彈性“O”型圈12伸出外鋼筒11的下底至外鋼筒11外部。彈性“O”型圈12既可起到密封作用，又可以作為軟性連接固定下傳動桿10。彈性“O”型圈12可以是諸如橡皮墊圈等的彈性環(huán)形部件。通過該彈性“O”型圈12，外鋼筒11只起到保護(hù)及支撐傳感單元的作用，其本身的變形對應(yīng)變傳感器8基本上不產(chǎn)生影響。

另外，下傳動桿4的伸出外鋼筒11的一端具有導(dǎo)正部件13，方便下井安裝。該導(dǎo)正部件13可以是截面為半圓形或類似形狀的部件。

在實(shí)際使用中，首先通過上傳動桿6將整個傳感單元固定在傳感器支撐架5上，再將傳感器支撐架5安裝到上密封頭1上，應(yīng)變傳感器8的電源及信號等引線通過上密封頭的出線口4引出，而后將下傳動桿10穿過外鋼筒11的下底，將外鋼筒11套插在上密封頭1上，構(gòu)成密閉空腔。密封頭1和外鋼筒11之間使用“O”型圈3等彈性部件進(jìn)行密封，使用密封頭安裝螺釘2固定。下傳動桿10與外鋼筒11的下底之間使用彈性“O”型圈12密封并伸出外鋼筒11的下底至外鋼筒外部。彈性“O”型圈12既可起到密封作用，又可以作為軟性連接固定嵌位傳動桿10。下傳動桿10下端的導(dǎo)正部件13起到導(dǎo)正的作用，方便下井安裝。

上述鉆孔垂向線應(yīng)變測量儀在吊裝到鉆孔后，使用特種水泥澆筑耦合，由于下傳動桿10與外鋼筒11使用彈性“O”型圈12固定，為軟性連接，因此鋼筒11的變形不會傳導(dǎo)到應(yīng)變傳感器1(應(yīng)變測量單元)，鉆孔變形會通過耦合水泥沿下傳動桿10的方向傳遞到應(yīng)變傳感器8上，達(dá)到測量垂向線應(yīng)變的目的。

顯然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型，而并非用作為對本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。