本發(fā)明涉及一種機(jī)械液壓、電子測量系統(tǒng)，尤其涉及一種鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)，可對等效彈性模量較高的鉆孔應(yīng)變儀類的長圓筒鉆孔觀測儀器進(jìn)行靈敏度、線性度等基本參數(shù)的測試。

背景技術(shù)：

在地球物理及大地觀測中，經(jīng)常使用各種鉆孔類儀器，對鉆孔內(nèi)的地應(yīng)力、地應(yīng)變進(jìn)行觀測。觀測中，首先在地殼待測部位打孔，再將觀測探頭下放到待測孔段，使用水泥澆注或機(jī)械支撐的方式將觀測探頭與孔壁耦合，使探頭與孔壁達(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，觀測儀器根據(jù)探頭的變形便可達(dá)到觀測地應(yīng)力應(yīng)變的目的。為了適應(yīng)觀測環(huán)境及觀測的要求，這一類儀器的等效模量較高(一般在10³Mpa量級或更高)，測量分辨率在10^-10應(yīng)變量級，因此測試裝置既要能夠提供較大的標(biāo)定力，又要滿足高分辨率測量精度要求，這就為儀器的靈敏度、線性度整機(jī)測試帶來困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出了一種針對鉆孔應(yīng)變儀的室內(nèi)整機(jī)靈敏度測試系統(tǒng)。

本發(fā)明的一種鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)，用于測試鉆孔應(yīng)變儀的靈敏度，包括：手動液壓泵、激光位移傳感器、支架、上壓頭和下壓頭，其中，

所述手動液壓泵通過上壓頭和下壓頭將鉆孔應(yīng)變儀探頭安裝在支架的中央部，所述上壓頭和下壓頭在和鉆孔應(yīng)變儀探頭接觸處具有凹槽，用于固定鉆孔應(yīng)變儀探頭，激光位移傳感器位于所述凹槽附近以測量所述鉆孔應(yīng)變儀探頭在接觸處的位移變化。

優(yōu)選地，所述手動液壓泵包括柱塞、柱塞腔、膠管和泵體，所述柱塞可在柱塞腔中沿軸線上下滑動，泵體和柱塞腔通過膠管相連。

優(yōu)選地，所述支架包括底座、立柱和頂板，所述底座和所述頂板通過所述立柱連接。

優(yōu)選地，所述手動液壓泵的柱塞腔固定在支架的頂板上，所述柱塞腔抵接上壓頭，所述下壓頭固定在底座上。

優(yōu)選地，所述柱塞在泵體的控制下與上壓頭接觸和分離，壓力通過柱塞和上壓頭傳遞到鉆孔應(yīng)變儀探頭上，使其在上下壓頭的凹槽處發(fā)生彈性變形。

優(yōu)選地，所述激光位移傳感器包括上下一對激光位移傳感器，位于上下壓頭的凹槽附近，分別測量鉆孔應(yīng)變儀探頭徑向?qū)ΨQ的兩個位置的位移變化。

優(yōu)選地，所述激光位移傳感器和鉆孔應(yīng)變儀內(nèi)部的差動式電容傳感器的軸線位于同一豎直線上。

優(yōu)選地，所述凹槽為V型凹槽或圓弧形凹槽。

本發(fā)明的有益效果是：通過手動液壓泵使鉆孔應(yīng)變儀探頭外筒在徑向測量方向集中受力，并使用高精度的激光位移傳感器測量探頭外筒在受力位置的變形，記錄下激光位移傳感器和安裝在探頭內(nèi)的差動式電容傳感器的讀數(shù)，即可計算出儀器的靈敏度和線性度等參數(shù)。本發(fā)明的鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)不僅能提供較大且穩(wěn)定的標(biāo)定力(5000N)，還具有較高的標(biāo)定精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為輸入量和輸出量的直線擬合示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其目的僅在于更好地理解本發(fā)明的研究內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)，用于對鉆孔應(yīng)變儀6的靈敏度進(jìn)行測試，包括：手動液壓泵1、激光位移傳感器2、支架3、上壓頭4和下壓頭5，其中，手動液壓泵1通過上下壓頭4，5將鉆孔應(yīng)變儀探頭61固定在支架3的中央部，上壓頭4和下壓頭5在和鉆孔應(yīng)變儀探頭接觸處具有凹槽，用于固定鉆孔應(yīng)變儀探頭，激光位移傳感器2位于凹槽附近以測量所述鉆孔應(yīng)變儀探頭在接觸處的位移變化。

本發(fā)明中，作為測試對象的鉆孔應(yīng)變儀6包括鉆孔應(yīng)變儀探頭61和差動式電容傳感器62，差動式電容傳感器62安裝在鉆孔應(yīng)變儀探頭61內(nèi)部，能測量探頭61產(chǎn)生變形后的應(yīng)變大小。

具體地，手動液壓泵1包括柱塞11、柱塞腔12、膠管13和泵體14。柱塞11可在柱塞腔12中沿軸線上下滑動，泵體14和柱塞腔12通過膠管13相連。搖動泵體14上的手柄可將油液壓入柱塞腔12，并通過柱塞11向下移動傳遞壓力。打開泵體14上的泄油閥可釋放壓力，使柱塞11向上回退到柱塞腔12內(nèi)。

支架3包括底座31、立柱32和頂板33。底座31和頂板33通過立柱32連接。

手動液壓泵1的柱塞腔12固定在支架3的頂板33上。柱塞腔12抵接上壓頭4(兩者可以自由分開，以便于安裝拆卸)，下壓頭5固定在底座31上。鉆孔應(yīng)變儀探頭61放置在下壓頭5的凹槽51上，上壓頭4的凹槽41向下壓在鉆孔應(yīng)變儀探頭61上，從而將鉆孔應(yīng)變儀探頭61固定在支架3的中央部。上述凹槽41,51與探頭外筒的曲面弧度匹配，以起到穩(wěn)定地固定探頭的作用。較佳地，上述凹槽41,51可以為V型凹槽或圓弧形凹槽。

當(dāng)控制手動液壓泵1的泵體14使得柱塞11和上壓頭4接觸和分離，壓力可通過柱塞11和上壓頭4傳遞到鉆孔應(yīng)變儀探頭61上，從而使其在上下壓頭4,5的V型凹槽處發(fā)生彈性變形。具體地，操作泵體14加壓，使柱塞11向下移動，頂住上壓頭4后產(chǎn)生壓力，壓力通過上壓頭4傳遞到鉆孔應(yīng)變儀探頭61上，使鉆孔應(yīng)變儀探頭61在上壓頭4和下壓頭5的凹槽接觸處均產(chǎn)生變形。

激光位移傳感器2包括上下一對激光位移傳感器21,22，分別位于上下壓頭4,5的凹槽附近(上下接觸變形處)，通過激光三角法測量鉆孔應(yīng)變儀探頭61徑向?qū)ΨQ的上下兩個位置(上下接觸處)的位移變化，同時通過差動電容傳感器62測量鉆孔應(yīng)變儀探頭61產(chǎn)生的應(yīng)變變化。并且，一對激光位移傳感器21,22和鉆孔應(yīng)變儀6內(nèi)部的差動式電容傳感器62的軸線位于同一豎直線上，位于一直線可以保證激光位移傳感器和差動式電容傳感器測量的是探頭外筒同一位置的變形，減小靈敏度測量的誤差。另外，激光位移傳感器測量的是測量點(diǎn)外壁的變形，差動式電容傳感器測量的是測量點(diǎn)內(nèi)壁的變形，兩者差別極小，可以視為兩種傳感器測的是同一對象。

下面詳細(xì)介紹本發(fā)明鉆的孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)的工作過程。

首先，將底座31，下壓頭5，立柱32，柱塞11，頂板33，柱塞腔12，膠管13，泵體14按照圖1安裝。打開泵體14上的泄油閥，使柱塞11回退到柱塞腔12內(nèi)。將鉆孔應(yīng)變儀探頭61放置在下壓頭5的凹槽51上，并保持水平穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動鉆孔應(yīng)變儀探頭61，確保差動式電容傳感器62的兩端在豎直位置，并在水平面內(nèi)位于凹槽51附近。將上壓頭4的凹槽41向下壓在鉆孔應(yīng)變儀探頭61上，并和下壓頭5的凹槽51在同一豎直線上。關(guān)閉泵體14上的泄油閥并加壓，使柱塞11向下移動，直到頂住上壓頭4后產(chǎn)生一定預(yù)壓。

接著，安裝一對激光位移傳感器2(上部激光位移傳感器21,下部激光位移傳感器22)，使其測量光點(diǎn)分別對準(zhǔn)差動式電容傳感器62的上下兩端，并確保激光位移傳感器2位于有效測量范圍之內(nèi)。

操作手動液壓儀1的泵體14再次加壓，使鉆孔應(yīng)變儀探頭61在上下壓頭4,5的凹槽41,51接觸處產(chǎn)生彈性變形。一對激光位移傳感器21,22通過激光三角法測量鉆孔應(yīng)變儀探頭61徑向?qū)ΨQ的上下兩個位置(上下接觸處)的位移變化，同時差動電容傳感器62測量鉆孔應(yīng)變儀探頭61產(chǎn)生的應(yīng)變變化。記錄下一對激光位移傳感器21,22的讀數(shù)變化作為標(biāo)準(zhǔn)輸入量，同時記錄下差動式電容傳感器62的讀數(shù)變化作為輸出量，連續(xù)測量數(shù)次后計算鉆孔應(yīng)變儀的靈敏度和線性度。靈敏度指儀器對單位輸入的響應(yīng)，表示的是儀器對輸入的敏感程度。線性度指輸入和輸出在量程范圍內(nèi)是否保持線性比例的一種度量。在測出靈敏度后，線性度也可以根據(jù)數(shù)據(jù)隨之計算出來。下面通過實(shí)施例詳細(xì)說明根據(jù)傳感器的輸出量如何計算轉(zhuǎn)孔應(yīng)變儀的靈敏度和線性度。

在量程范圍內(nèi)按順序連續(xù)測量10個點(diǎn)左右，記錄下每個點(diǎn)的輸入xi和輸出yi，i表示測量點(diǎn)的次數(shù)(如下表1)。然后進(jìn)行直線擬合(如圖2所示)，得到擬合公式：y＝1.0011x-5.4131，公式中的1.0011就是靈敏度。將儀器輸出yi減去擬合值Si，得到擬合偏差Δyi，擬合偏差中的最大值Δymax除以量程Y，就得到線性度δ，δ＝±Δymax/Y*100％＝±0.038％。

表1

本發(fā)明的鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)，通過手動液壓泵使鉆孔應(yīng)變儀探頭外筒在徑向測量方向集中受力，并使用高精度的激光位移傳感器測量探頭外筒在受力位置的變形，記錄下激光位移傳感器和安裝在探頭內(nèi)的差動式電容傳感器的讀數(shù)，即可計算出儀器的靈敏度和線性度等參數(shù)。本發(fā)明的鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)不僅能提供較大且穩(wěn)定的標(biāo)定力(可達(dá)到5000N左右)，還具有較高的標(biāo)定精度。一般，標(biāo)定力的大小和探頭外筒直徑以及壁厚有關(guān)，外筒越厚，直徑越小，需要的標(biāo)定力越大。對于RZB型號的四分量鉆孔應(yīng)變儀來說(探頭直徑100mm，壁厚3mm)，要想達(dá)到滿量程的變形(40微米左右)，至少需要1000N以上的標(biāo)定力。本發(fā)明的鉆孔應(yīng)變儀靈敏度測試系統(tǒng)可滿足大多數(shù)鉆孔應(yīng)變儀的標(biāo)定力要求。

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發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。