一种浅孔四分量应变仪论文和设计-孔向阳

全文摘要

本实用新型提供了一种浅孔四分量应变仪，包括传感器金属筒，所述传感器金属筒的上端设有密封塞A，下端设有密封塞B；在密封塞A上设有通孔，电缆穿过密封塞A上的通孔进入传感器金属筒的内部，并与传感器金属筒内部的传感器电路板连接；所述传感器金属筒的内部设有四个传感器，四个传感器呈水平交叉设置，相邻传感器之间的夹角为45°，四个传感器的交叉点位于传感器金属筒的轴线上；传感器与传感器金属筒的内侧壁连接；所述传感器通过引线与传感器电路板连接。该浅孔四分量应变仪具有设计合理、可避免传感器受潮湿与气流的干扰、可计算出最大主应力和最小主应力及其方位角。

主设计要求

1.一种浅孔四分量应变仪，其特征在于，包括传感器金属筒，所述传感器金属筒的上端设有密封塞A，下端设有密封塞B；在密封塞A上设有通孔，电缆穿过密封塞A上的通孔进入传感器金属筒的内部，并与传感器金属筒内部的传感器电路板连接；所述传感器金属筒的内部设有四个传感器，四个传感器呈水平交叉设置，相邻传感器之间的夹角为45°，四个传感器的交叉点位于传感器金属筒的轴线上；传感器与传感器金属筒的内侧壁连接；所述传感器通过引线与传感器电路板连接。

设计方案

2.如权利要求1所述的浅孔四分量应变仪，其特征在于，所述传感器包括依次连接的小极板套筒、小极板陶瓷柱、小电容极板、大电容极板、大极板陶瓷柱和大极板套筒；其中，小极板套筒和大极板套筒分别与传感器金属筒的内侧壁连接；小电容极板和大电容极板分别通过小极板引线和大极板引线与传感器电路板连接。

3.如权利要求2所述的浅孔四分量应变仪，其特征在于，所述传感器金属筒的内部套设有圆台形的连接筒，连接筒位于传感器金属筒的近上端开口处，密封塞A对连接筒的上端开口进行密封。

4.如权利要求3所述的浅孔四分量应变仪，其特征在于，所述连接筒为不锈钢筒。

5.如权利要求1-4任一项所述的浅孔四分量应变仪，其特征在于，所述传感器金属筒的内部设有隔板，隔板位于传感器的上方，传感器电路板位于隔板上。

6.如权利要求5所述的浅孔四分量应变仪，其特征在于，所述密封塞A和密封塞B均为橡胶塞。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及地学观测仪器设备技术领域，具体为一种浅孔四分量应变仪。

背景技术

用于山洞的大地应变测量仪主要以石英基线伸缩仪和铟钢线伸缩仪为主，这两种仪器测量的基本方式是在山洞规划北南方向、东西方向进行测量，具体方式为每个方向设置两个观测墩，安装仪器测量两个墩子中心水平方向的微小位移。国外多以石英管做基线，长度在10-30m范围内不等，国内多以铟钢金属线做基线，长度在10m以上；在以上测量中，应变仪采用南北、东西两条测线，无法计算最大主应力、最小主应力及其方向；这是因为山洞的恒温条件差别较大，而此类仪器受温度及人员进入影响较大，长基线应变仪频响较低，对于地震波及地脉动信号拾取能力较差，另外，山洞开凿造过程有较大的机械破坏作用，安装仪器的观测墩很少有原生基岩，大部分观测墩是后期混凝土浇注或者大块方形石材水泥固定在较为完整的基岩上，影响到稳定性指标。

发明内容

鉴于此，本实用新型提供了一种浅孔四分量应变仪，具体为一种设有传感器金属筒、在传感器金属筒内设有四个传感器、相邻传感器之间的夹角为45°的浅孔四分量应变仪。该浅孔四分量应变仪具有设计合理、可避免传感器受潮湿与气流的干扰、可计算出最大主应力和最小主应力及其方位角。

在现有技术的基础上，本实用新型提供了一种浅孔四分量应变仪，包括传感器金属筒，

所述传感器金属筒的上端设有密封塞A，下端设有密封塞B；其中在密封塞A上设有通孔；电缆穿过密封塞A上的通孔进入传感器金属筒的内部，并与传感器金属筒内部的传感器电路板连接；

所述传感器金属筒的内部设有四个传感器，四个传感器呈水平交叉设置，相邻传感器之间的夹角为45°，四个传感器的交叉点位于传感器金属筒的轴线上；传感器与传感器金属筒的内侧壁连接；

所述传感器通过引线与传感器电路板连接。

优选的，所述传感器包括依次连接的小极板套筒、小极板陶瓷柱、小电容极板、大电容极板、大极板陶瓷柱和大极板套筒；其中，小极板套筒和大极板套筒分别与传感器金属筒的内侧壁连接；小电容极板和大电容极板分别通过小极板引线和大极板引线与传感器电路板连接；当传感器金属筒挤压变形时，传感器将圆筒的变形转换为电压信号输出。

优选的，为提高应变仪的密封性，所述传感器金属筒的内部套设有圆台形的连接筒，连接筒位于传感器金属筒的近上端开口处，密封塞A对连接筒的上端开口进行密封；由于圆台形的连接筒上端开口直径小于下端开口直径，可避免应变仪安装后，上方的水在应变仪外周聚集，提高应变仪的使用寿命。

所述连接筒为不锈钢筒，与密封塞A、传感器金属筒及密封塞B形成密封的整体，使传感器处于干燥、无气流干扰的密闭环境中，提高测了过程的稳定性。

优选的，所述传感器金属筒的内部设有隔板，隔板位于传感器的上方，传感器电路板位于隔板上；提高传感器信号检测的灵敏度。

优选的，为进一步提高应变仪的密封性，提高其内部的防潮性能及其使用寿命，所述密封塞A和密封塞B均为橡胶塞。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

通过将传感器封装在密闭的传感器金属筒中，并用水泥埋设在深度5m的基岩中，避免了山洞中温度和湿度对传感器的灵敏度产生干扰，提高应变仪的使用寿命；通过设置四个传感器、并对四个传感器之间的夹角进行设置，使应变仪实现自检功能，并可计算出最大主应力和最小主应力及其方位角，提高应变仪的准确度；通过设置密封塞A，可便于对传感器金属筒内损坏的电路进行更换；传感器无调零系统，提高了测量系统稳定性和高频能力；由于应变仪的体积小，因此具有占地空间小、适合小尺度硐体安装的优点；另外，在硐室中钻孔的施工深度约为5m，因此具有浅孔施工方便、成本低廉和易于推广应用的优点。

附图说明

为更清楚地说明背景技术或本实用新型的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，以下结合具体实施方式的附图仅是用于方便理解本实用新型实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本实用新型的纵向剖面图；

图2是图1的AA剖面；

图中，1-密封塞A，2-电缆，3-连接筒，4-传感器金属筒，5-传感器电路板，6-隔板，7-小极板引线，8-大极板引线，9-小极板套筒，10-小极板陶瓷柱，11-小电容极板，12-大电容极板，13-大极板陶瓷柱，14-大极板套筒，15-密封塞B。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图1-图2所示，本实用新型提供了一种浅孔四分量应变仪，包括传感器金属筒4，

所述传感器金属筒4的内部套设有圆台形的连接筒3，连接筒3位于传感器金属筒4的近上端开口处，连接筒3的上端开口处设有密封塞A1，下端设有密封塞B15；其中在密封塞A1上设有通孔(未示出)；电缆2穿过密封塞A1上的通孔进入传感器金属筒4的内部，并与传感器金属筒4内部的传感器电路板5连接；密封塞A1、连接筒3、传感器金属筒4和密封塞B15使应变仪的内部成为密封的空腔，避免山洞环境对传感器的精度产生影响，减缓应变仪内部的元器件老化；

所述密封塞A1和密封塞B15均为橡胶塞；

所述连接筒3和传感器金属筒4均为不锈钢筒，可有效提高应变仪的使用寿命；

所述传感器金属筒4的内部设有四个传感器，四个传感器呈水平交叉设置，相邻传感器之间的夹角为45°，四个传感器的交叉点位于传感器金属筒4的轴线上；传感器与传感器金属筒4的内侧壁连接；

所述传感器包括依次连接的小极板套筒9、小极板陶瓷柱10、小电容极板11、大电容极板12、大极板陶瓷柱13和大极板套筒14；其中，小极板套筒9和大极板套筒14分别与传感器金属筒4的内侧壁连接；小电容极板11和大电容极板12分别通过小极板引线7和大极板引线8与传感器电路板5连接；当传感器金属筒4挤压变形时，传感器将圆筒的变形转换为电压信号输出；

所述传感器金属筒4的内部设有隔板6，隔板6位于传感器的上方，传感器电路板5位于隔板6上；提高传感器信号检测的灵敏度。

本实用新型提供的四分量应变仪，安装在钻孔中，选择高质量的不锈钢材料金属筒将传感器封装起来，隔离潮湿与气流的干扰；借鉴传统的钻孔应变安装方式，在基岩操中使用高质量膨胀水泥进行固结，使岩石的应变变化可靠的传递给应变仪；因为有四个传感器，任意三个传感器即可计算出最大主应力、最小主应力及其方位角；四个数据得到四组完全一致的四个解，则仪器系统工作正常，实现数据的自我检验。

以上对本实用新型进行了详细介绍。本实施例中的“上”、“下”、“左”和“右”是相对说明书附图中的位置说明的。

设计图

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