CN203785817U - 一种新型孔径变形地应力测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型孔径变形地应力测量仪，包括外壳，外壳内设有旋转架，旋转架通过连接轴与步进电机相连，旋转架上固定有微型电动平移台，微型电动平移台上设有CCD激光位移传感器，连接轴外部设有导电滑环转子和导电滑环定子，外壳设有透明窗。使用非接触式的CCD激光位移传感器代替了传统的接触预压式测量元件来测量孔径变化，且CCD激光位移传感器在步进电机的驱动下绕探头轴线旋转，能360度连续测量孔径变化，大大降低了随机误差的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种对地应力进行绝对测量和相对测量的测量仪器，尤其涉及一种新型孔径变形地应力测量仪。
背景技术
孔径变形法地应力测量是通过测量钻孔直径的变化来计算垂直于钻孔轴线的平面内的应力状态变化，它即可以通过应力解除进行地应力的绝对测量，也可以通过测量不同时间段的孔径变化进行相对测量。目前测量孔径变形常用的的仪器使用的基本都是接触预压式元件，如弹簧式、压磁式等，在使用中它们不仅要和孔壁保持接触，还要在接触处有足够的初始接触压力。
目前用于孔径变形法地应力测量的仪器中，最著名的是USBM孔径变形计。如图1所示，其探测部分由相互间隔60度的六个圆头活塞1组成，每两个径向相对的活塞1测量一个直径方向的变形。每个活塞1由一个悬臂弹簧2施加压力，以使活塞1和孔壁保持接触，在悬臂弹簧2的正反面各贴有一支电阻应变片3。测量时将孔径变形计挤压进钻孔中，使径向相对的活塞1之间有0.5mm左右的预压变形，并使变形计能固定在测点部位。通过增加或减少活塞1中的垫片，可以调整变形计直径大小以适应不同的孔径。当岩体应力发生变化时，悬臂弹簧2的弯曲变形发生变化，由电阻应变片3探测并通过仪器记录下来。
上述孔径变形计在测量时必须在活塞1和孔壁接触处有足够的初始接触压力，以使悬臂弹簧2保持一定的预压变形，但是在现场测量时，由于钻孔质量、孔壁裂隙、套钻扰动等问题，很难保证3个方向同时都有足够的初始接触压力，这大大降低了测量的成功率。此外，虽然理论上只需在钻孔某一横截面上测量三个不同方向的直径变化，就能根据弹性力学公式计算出水平地应力的大小和方向，但是只测量三个方向会有较大的随机误差。通过在不同深度上连续多段测量一定程度上可以解决这个问题，但是这样又会带来新的误差。
实用新型内容
本实用新型目的是提供了一种能全方位测量且测量精度高的新型孔径变形地应力测量仪。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
本实用新型的新型孔径变形地应力测量仪，包括外壳，所述外壳内设有旋转架，所述旋转架通过连接轴与步进电机相连，所述旋转架上固定有微型电动平移台，所述微型电动平移台上设有CCD激光位移传感器，所述连接轴外部设有导电滑环转子和导电滑环定子，所述外壳设有透明窗。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的新型孔径变形地应力测量仪，由于使用非接触式的CCD激光位移传感器代替了传统的接触预压式测量元件来测量孔径变化，探头和孔壁间不需要初始接触压力，因此无需考虑探头与孔壁的接触可靠性问题，大大提高了现场测量的成功率。此外，CCD激光位移传感器在步进电机的驱动下绕探头轴线旋转，能360度连续测量孔径变化，然后通过最小二乘法数值拟合获得整个钻孔横截面轮廓的变形，与传统的只测量三个方向孔径变形的方法相比，本实用新型提供的技术方案大大降低了随机误差的影响。
附图说明
图1为现有技术的USBM孔径变形计的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的新型孔径变形地应力测量仪的结构示意图。
具体实施方式
下面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。
本实用新型的新型孔径变形地应力测量仪，其较佳的具体实施方式是：
包括外壳，所述外壳内设有旋转架，所述旋转架通过连接轴与步进电机相连，所述旋转架上固定有微型电动平移台，所述微型电动平移台上设有CCD激光位移传感器，所述连接轴外部设有导电滑环转子和导电滑环定子，所述外壳设有透明窗。
所述CCD激光位移传感器安装在所述微型电动平移台的径向移动工作台面上。
所述导电滑环转子与连接轴之间过渡配合安装，所述导电滑环转子通过导线与所述CCD激光位移传感器连接，所述导电滑环定子安装在固定板上。
所述透明窗位于所述CCD激光位移传感器的旋转测量平面上。
所述外壳包括上外壳和下外壳，所述透明窗设于所述上外壳与下外壳之间。
具体实施例：
如图2所示，一种新型孔径变形地应力测量仪，用于所安装区域地应力的绝对测量和相对测量，包括CCD激光位移传感器4、微型电动平移台5、旋转架6、连接轴7、步进电机8、导电滑环定子9、导电滑环转子10、固定板11、导线12、上外壳13、透明窗14、下外壳15、O型圈16、紧固螺钉17等。
所述的CCD激光位移传感器4安装在微型电动平移台5的工作台面上，微型电动平移台5通过自带的步进电机驱动其工作台面及安装在其上的CCD激光位移传感器4沿探头径向移动，以调节CCD激光位移传感器4和孔壁的距离，保证CCD激光位移传感器4在测量时始终处于有效测量范围内。
所述的微型电动平移台5固定在旋转架6上，旋转架6通过连接轴7与步进电机8相连，在步进电机8的驱动下，旋转架6和固定在其上的微型电动平移台5、CCD激光位移传感器4一起以连接轴7为中心旋转。CCD激光位移传感器4在旋转的同时连续测量激光发射端口到孔壁的距离，得到旋转平面内连续的钻孔孔壁位移，然后通过最小二乘法数值拟合获得整个钻孔横截面轮廓的变形，并根据弹性力学公式计算出最大和最小水平主应力。
所述的导电滑环定子9安装在固定板11上，固定板11和探头上外壳13固定在一起；导电滑环转子10和连接轴7通过过渡配合安装在一起，并和CCD激光位移传感器4通过导线12连接，在旋转测量时，导电滑环转子10、连接轴7、导线12、CCD激光位移传感器4同步进行旋转运动；导电滑环定子9和导电滑环转子10通过其内部的电刷和导电环接触，即能传递信号和电流，又可进行相对旋转运动，避免了在旋转测量时导线12的缠绕问题。
所述的上外壳13和下外壳15分别位于探头的上下两端，通过紧固螺钉17和位于中间的透明窗14连接在一起；透明窗14位于CCD激光位移传感器4的旋转测量平面上，CCD激光位移传感器4从激光发射端口发射红色半导体激光，穿过透明窗14后到达钻孔孔壁，并在CCD激光位移传感器4的CCD光敏面上接收成像光点，由此获得钻孔孔壁上光点的位置变化；O型圈16位于上外壳13、下外壳15和透明窗14三者之间的结合处，用于水压密封，使仪器能用在钻孔水下环境。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种新型孔径变形地应力测量仪，包括外壳，其特征在于，所述外壳内设有旋转架，所述旋转架通过连接轴与步进电机相连，所述旋转架上固定有微型电动平移台，所述微型电动平移台上设有CCD激光位移传感器，所述连接轴外部设有导电滑环转子和导电滑环定子，所述外壳设有透明窗。
2.根据权利要求1所述的新型孔径变形地应力测量仪，其特征在于，所述CCD激光位移传感器安装在所述微型电动平移台的径向移动工作台面上。
3.根据权利要求1或2所述的新型孔径变形地应力测量仪，其特征在于，所述导电滑环转子与连接轴之间过渡配合安装，所述导电滑环转子通过导线与所述CCD激光位移传感器连接，所述导电滑环定子安装在固定板上。
4.根据权利要求1或2所述的新型孔径变形地应力测量仪，其特征在于，所述透明窗位于所述CCD激光位移传感器的旋转测量平面上。
5.根据权利要求4所述的新型孔径变形地应力测量仪，其特征在于，所述外壳包括上外壳和下外壳，所述透明窗设于所述上外壳与下外壳之间。
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2014
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