專利名稱：無線空心包體應變計及方法
技術領域：
本發明屬于地質、能源、深部礦產及地下巖土工程勘察勘測技術領域，具體涉及一種用于測量地應力的無線空心包體應變計及方法。
背景技術：
目前，空心包體應變計是國內外普遍采用的、可靠性最高的，并且發展較為成熟的一種地應力的測量裝置。但是，現有的空心包體應變計存在以下問題:(1)在應力解除過程中，空心包體應變計導線電纜容易隨巖芯管和鉆桿旋轉，導致電纜應力集中而被絞斷，空心包體應變計報廢；(2)鉆桿后端的供水器因電纜穿出無法提供足夠水來冷卻鉆孔，導致應變計讀數難于穩定；(3)測量空心包體應變計方向的定向器笨重，單獨需要導線，并且導線細長容易拉斷；(4)過長和過多的測量導線也會給測量數據的可靠性帶來影響，給測量工作造成很多不方便。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種無線空心包體應變計及方法。本發明解決其技術問題采用以下技術方案:
所述的無線空心包體應變計包括應變測量部分、發射部分、導向部分三個部分；定向器、電源、發射模塊依次密封在無線空心包體應變計后部，沿無線空心包體應變計中間同圓周等間距嵌埋電阻應變花，無線空心包體應變計中的應變測量部分、發射部分、導向部分三個部分采用絲扣或插接方式連接，可以拆卸分離。所述的電源為可充電6V鋰電。所述的發射模塊設有發射天線。所述的無線空心包體應變計外層環氧樹脂密封。所述的無線空心包體應變計的殼體為復合陶瓷。所述的固定銷為鉛絲。所述的無線空心包體應變計上設有3組應變花、定向器；應變花、定向器分別將采集信號傳送至放大器放大后進入A/D轉換，把模擬信號轉化為數字信號，單片機進行采樣，通過無線模塊把數據發送出去。所述的測量部分位于中部，包括無線空心包體應變計上內置3組應變花、I個定向器；應變測量由3組電阻應變花完成，定向器測量無線空心包體應變計、鉆孔方向；無線發射部分包括無線發模塊；信號采集模塊用于將所接收的定向器、應變花輸出的信號進行前置處理和模數轉換采集處理；無線發射模塊將信號編碼模塊輸出的信號發射，無線發射模塊包括發射天線；導向部分由導向頭、出膠孔、活塞組成，導向部分為無線空心包體應變計起導向作用。所述的無線空心包體應變計上的應變花在解除應力過程中，電橋輸出微小的應變電壓，此電壓信號經過應變放大器放大，通過A/D轉換器變成數字信號后送入無線發射模塊中，并存入數據存儲器中。在單片機的控制下，每隔一定時間自動將存儲器內的應變數據刷新一次。遙測數據采集器平時處于接收待機狀態，每個遙測數據采集器都有自己的特定編碼。當遙測主機發出數據采集指令后，遙測數據采集器中高頻接收機收到指令經解調器解碼進入單片機，單片機確認編碼正確后立即開啟調制器和高頻發射電源，并將存放在存儲器中的應變數據通過無線發射模塊中的發射天線發射出去。本發明的無線空心包體應變計使用方法，包括以下步驟:
Ca)用推桿將無線空心包體應變計推入測量小孔中；
(b)向前推動推桿，剪斷活塞后的銷釘，將膠腔內粘接劑擠出，使粘接劑充滿無線空心包體應變計外表面與鉆孔孔壁之間的空隙內；
(c )啟動定向器，旋轉推桿調整無線空心包體應變計，使應變花方向到達一定角度，測量記錄無線空心包體應變計的方位、鉆孔的方位和傾角；
(d)粘接劑與無線空心包體應變計固化24小時后，剪斷鉛絲固定銷，拉出推桿； Ce)接通遙測主機設置采樣時間，等待讀數穩定，為初始值；
Cf)按10-25 mm分級深度，套芯解除至45厘米后，將包含無線空心包體應變計的巖芯折斷并取出， 應變讀數趨于穩定，不再解除；
(g)套芯結束后，取出帶有無線空心包體應變計的巖芯；
(h)將帶有無線空心包體應變計的巖芯放入雙軸壓力室中重新施加應力，測得彈性模量、泊松比參數后，去除無線空心包體應變計上巖石；
(i)依次將無線空心包體應變計中的拆解應變測量部分、無線發射部分、導向部分，回收定向器、應變花、無線發射模塊。本發明有益效果:
(O安裝簡便迅速，減少測量環節，縮短測量時間，節約了測量成本；
(2)解決了冗長的布線過程，且工作可靠，徹底電纜纏繞、鉆孔降溫等問題，提高地應力測量成功率；
(3)無線傳輸，減小線路的損耗，保證了測量的準確性。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明:
圖1本發明無線空心包體應變計結構示意圖。圖2本發明無線空心包體應變計測試原理結構框圖。圖3本發明無線空心包體應變計的工作原理中:
導向頭(I)、出膠孔(2)、活塞(3)、固定銷(4)、應變花(5)、膠腔(6)、膠筒(7)、密封圈(8)、定向器(9)、連接銷(10)、無線發射模塊(11)、發射天線(12)、電源(13)、信號采集模塊(14)。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
本發明無線空心包體應變計，包括應變測量部分、無線發射部分、導向部分三個部分，應變測量部分、無線發射部分、導向部分相互以插接方式連接，下面分別予以說明。如圖1、圖2所示，所述的測量部分位于中部，包括無線空心包體應變計上內置3組應變花(5)、I個定向器(9);應變測量由3組電阻應變花(5)完成，定向器(9)測量無線空心包體應變計、鉆孔方向；無線發射部分I包括無線發模塊(11);信號采集模塊(14)用于將所接收的定向器(9)、應變花(5)輸出的信號進行前置處理和模數轉換采集處理；無線發射模塊(11)將信號編碼模塊輸出的信號通過發射天線(12 )發射，無線發射模塊(11)包括發射天線(12);導向部分由導向頭(I)、出膠孔(2)、活塞(3)組成，導向部分為無線空心包體應變計起導向作用。如圖3所示，無線空心包體應變計上的應變花(5)在解除應力過程中，電橋輸出微小的應變電壓，此電壓信號經過應變放大器放大，通過A/D轉換器變成數字信號后送入無線發射模塊(11)中，并存入數據存儲器中。在單片機的控制下，每隔一定時間自動將存儲器內的應變數據刷新一次。遙測數據采集器平時處于接收待機狀態，每個遙測數據采集器都有自己的特定編碼。當遙測主機發出數據采集指令后，遙測數據采集器中高頻接收機收到指令經解調器解碼進入單片機，單片機確認編碼正確后立即開啟調制器和高頻發射電源，并將存放在存儲器中的應變數據通過無線發射模塊(11)中的發射天線(12)發射出去。 如圖1、圖2所示，一種無線空心包體應變計使用方法，包括以下步驟:
Ca)用推桿將無線空心包體應變計推入測量小孔中；
(b)向前推動推桿，剪斷活塞后的連接銷(10)，將膠腔(6)內粘接劑擠出，使粘接劑充滿無線空心包體應變計外表面與鉆孔孔壁之間的空隙內；
(c )啟動定向器，旋轉推桿調整無線空心包體應變計，使應變花方向到一定角度，測量記錄無線空心包體應變計的方位、鉆孔的方位和傾角；
Cd)粘接劑與無線空心包體應變計固化24小時后，剪斷固定銷(4)，旋轉連接銷
(10),拉出推桿；
Ce)接通信號采集模塊(14)設置采樣時間，等待讀數穩定，為初始值；
(f)按10-25mm分級深度，套芯解除至45厘米后，將無線空心包體應變計的巖芯折斷并取出，應變讀數趨于穩定，不再解除；
(g)套芯結束后，取出帶有無線空心包體應變計的巖芯；
(h)將帶有無線空心包體應變計的巖芯放入雙軸壓力室中重新施加應力，測得彈性模量、泊松比參數后，去除無線空心包體應變計上巖石；
(i)依次將無線空心包體應變計中的拆解應變測量部分、無線發射部分、導向部分，回收定向器(9)、應變花(5)、無線發射模塊(11)。本發明內容不僅限于上述各實施方式的內容，其中一個或幾個具體實施方式
的組合同樣也可以實現發明的目的。
權利要求
1.一種無線空心包體應變計，其特征在于:包括應變測量部分、發射部分、導向部分三個部分,應變測量部分位于無線空心包體應變計的中部,發射部分位于后部、導向部分位于前部，定向器(9)、電源(13)、無線發射模塊(11)依次密封在在無線空心包體應變計后部，沿無線空心包體應變計中間同圓周等間距嵌埋電阻應變花(5)。
2.根據權利要求1所述的一種無線空心包體應變計，其特征在于:所述無線空心包體應變計中的應變測量部分、發射部分、導向部分三個部分采用絲扣或插接方式連接，可以拆卸分離、回收。
3.根據權利要求1所述的一種無線空心包體應變計，其特征在于:所述電源(13)為可充電6V鋰電。
4.根據權利要求1所述的一種無線空心包體應變計，其特征在于:所述無線發射模塊(11)設有內置天線(12)。
5.根據權利要求1所述的一種無線空心包體應變計，其特征在于:所述無線空心包體應變計外層環氧樹脂密封。
6.根據權利要求1所述的一種無線空心包體應變計，其特征在于:所述無線空心包體應變計的殼體為復合陶瓷。
7.根據權利要求1所述的一種無線空心包體應變計，其特征在于:所述固定銷(4)為鉛絲。
8.一種無線空心包體應變計使用方法，其特征在于以下具體步驟: Ca)用推桿將無線空心包體應變計推入測量小孔中； (b)向前推動推桿，剪斷活塞后的連接銷(10)，將無線空心包體應變計內粘接劑擠壓出，使粘接劑充滿無線空心包體應變計外表面與鉆孔孔壁之間的空隙內； (C)啟動定向器，旋轉推桿調整無線空心包體應變計，應變花(5)方向直到一定角度，測量記錄空心包體探頭的方位、鉆孔的方位和傾角； Cd)膠結劑與空心包體探頭固化24小時后，剪斷固定銷(4)，旋轉連接銷(10)，拉出推桿； Ce)接通信號采集模塊(14)設置采樣時間，等待讀數穩定，為初始值； (f)按10-25mm分級深度，套芯解除至45厘米后，將包含無線空心包體應變計的巖芯折斷并取出，應變讀數趨于穩定，不再解除； (g)套芯結束后，取出帶有無線空心包體應變計的巖芯； (h)將帶有無線空心包體應變計的巖芯放入雙軸壓力室中重新施加應力，測得彈性模量、泊松比參數后，去除無線空心包體應變計上巖石； (i)依次拆解無線空心包體應變計中的應變測量部分、無線發射部分、導向部分，回收定向器、應變花(5)、無線發射模塊(11)。
全文摘要
本發明公開了一種用于測量地應力的無線空心包體應變計及方法，其特征在于無線空心包體應變計殼體以環氧樹脂密封，殼體基質為復合陶瓷，無線空心包體應變計包括應變測量部分、發射部分、導向部分可以拆卸回收三個部分，定向傳感器、電源、發射模塊依次密封在在無線空心包體應變計后部，沿無線空心包體應變計中間同圓周等間距嵌埋電阻應變花，無線空心包體應變計中的應變測量部分、發射部分、定向部分三個部分可以拆卸分離。無線空心包體應變計上設有3組應變花、定向器；應變花、定向器分別將采集信號傳送至放大器放大后進入A/D轉換器，把模擬信號轉化為數字信號，單片機進行采樣，通過無線模塊把數據發送出去。本發明具有集成性、遙測、可回收重復使用。
文檔編號G08C17/02GK103162889SQ20131005745
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月23日 優先權日2013年2月23日
發明者付志亮 申請人:付志亮