一种钻孔重力仪探头制造技术

本实用新型专利技术公开一种钻孔重力仪探头，涉及一种地学测量仪，其结构有五个主要部分：1.密封腔体，由金属外壳、密封塞、O型圈构成；2.重力测量系统，由压电陶瓷促动器、主弹簧、电容位移传感器、辅助弹簧为主要构件组成，所述重力测量系统将重力值变化转换为主弹簧长度变化，由电容位移传感器将主弹簧长度变化转换为电压信号，电压信号通过电缆输送到数据采集主机；3.恒温与温度测量系统，由热敏电阻、恒温元件、温度传感器构成；4.锁紧机构，由锁紧销、锁紧电机组成；5.定位与垂直度微调机构，由支撑销、锥度销、斜度滑块、微调螺杆、电子水准器组成。本实用新型专利技术结构简单，用水泥安装在恒温好、振动干扰少的钻孔中，有利于提高重力观测质量。

A probe for borehole gravimeter

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔重力仪探头
本专利技术涉及一种地学测量仪，具体为一种钻孔重力仪探头。
技术介绍
在地震研究领域，重力观测是重要手段之一，其原理是弹簧悬挂一个重块，重力加速度的大小与弹簧的伸缩呈正相关，例如：重力增大拉长弹簧，用电容位移传感器测出弹簧长度的增量，通过传递函数计算获得重力加速度的增量。弹簧一般用金属或者石英材料，受温度、振动影响较大。重力仪安装在远离振动源的山洞中，山洞建设投资巨大，多与其他仪器合用山洞，重力网点发展受到制约；重力仪以美国LaCoste&Romberg-Scintrex公司产品为主，售价高达130万元人民币，也阻碍了网点发展。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是针对上述的山洞建设投资巨大、仪器价格昂贵两个方面，提出一种钻孔重力仪探头。本专利技术的技术方案是：重力仪探头设计为直径110mm、高度500mm的圆柱形；重力仪探头借助安装工具，能够在钻孔中自动定心和调整垂直度；重力仪探头核心部件是：压电陶瓷促动器、陶瓷套筒、主弹簧、电容位移传感器。上述压电陶瓷促动器固定在陶瓷套筒上部；压电陶瓷促动器下端与主弹簧上端固定；主弹簧下端与电容位移传感器的中极板上端固定，中极板处于悬挂状态；重力值变化使中极板重量同步变化，主弹簧长度遵循胡克定律同步变化，传感器将主弹簧长度变化转换为电信号。上述重力仪探头，具有电容位移传感器调零、恒温、测温、锁定中极板的功能。上述重力仪探头，使用膨胀水泥固结在钻孔底部，有效避开温度扰动和振动扰动。本专利技术的有益效果是：重力仪安装在恒温良好的钻孔中，能够避开地表的温度和振动干扰，有利于提高观测数据可靠性；钻孔开凿方便快捷，具有选择观测点零活，占地面积小的优势，不再依赖造价昂贵的观测山洞；测量系统结构简单成本较低，适合推广应用。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明：图1是本专利技术的纵向剖面图图2是图1的AA剖面图3是钻孔重力仪探头工作示意图图1中序号1.电缆；2.密封塞；3.不锈钢壳；4.压电陶瓷促动器；5.压电锁A；6.压电锁B；7.陶瓷套筒；8.金属套筒；9.恒温元件；10.热敏电阻；11.主弹簧；12.中极板(兼顾重量块)；13.上极板；14下极板；15.锁紧销；16.锁紧电机；17.支撑销；18.锥度销；19.陶瓷堵；20.辅助调节螺栓；21.辅助弹簧；22.传感器电路；23.石英垫片A；24.石英垫片B；25.温度传感器；26.斜度滑块；27.微调螺杆；28.电子水准器；29.O型圈；30.密封锥套。图2中序号3.不锈钢壳；7.陶瓷套筒；16.锁紧电机；15.锁紧销；12.中极板；22.传感器电路。图3中序号31.光伏电池；32.3G天线；33.重力仪主机；34.钻孔钢套管；35.重力探头；36.膨胀水泥。具体实施方式在图1中，电缆(1)的功能是供电、信号传输、锁摆控制、恒温控制；密封塞(2)、不锈钢壳(3)、O型圈(29)、密封锥套(30)构成密封腔体；压电陶瓷促动器(4)、压电锁A(5)、压电锁B(6)、陶瓷套筒(7)、金属套筒(8)、主弹簧(11)、中极板(12)、上极板(13)、下极板(14)、陶瓷堵(19)、辅助调节螺栓(20、)辅助弹簧(21)、传感器电路(22)、石英垫片A(23)、石英垫片B(24)构成重力测量系统；恒温元件(9)、热敏电阻(10)、温度传感器(25)组成恒温与温度测量系统；锁紧销(15)、锁紧电机(16)构成锁紧机构；支撑销(17)、锥度销(18)、斜度滑块(26)、微调螺杆(27)、电子水准器(28)构成定位与垂直度微调机构。所述密封腔体，O型圈(29)安装在密封塞(2)外圆窄槽中，密封塞涂胶后压入不锈钢壳(3)上端；密封锥套(30)套在电缆上，涂胶后压入密封塞中，密封后保证在1Mpa水压下长期工作不泄漏。所述重力测量系统，压电陶瓷促动器(4)、压电锁A(5)、压电锁B(6)的作用是：压电陶瓷促动器由压电锁A、压电锁B固定在陶瓷套筒顶部，三者配合完成促动器在垂直方向的微小移动，使电容位移传感器的工作位置处于测量范围的中间位置，在地震仪器测量行业称为“零点”。以压电陶瓷促动器向上移动为例：压电锁A通电→压电陶瓷促动器上端自由→压电陶瓷促动器加10V电压→促动器向上伸长1um→压电锁A锁断电锁紧压电陶瓷促动器上端→压电锁B通电→压电陶瓷促动器断电缩短1um→压电锁B断电锁紧压电陶瓷促动器；以上操作完成一个向上移动1um的动作，连续重复这个动作，压电陶瓷促动器以1um的步距向上移动。以上步骤反向操作，压电陶瓷促动器以1um的步距向下移动。所述重力测量系统，压电锁A在断电状态将压电陶瓷促动器与陶瓷套筒锁在一起，锁紧力为20N；压电锁B在断电状态将压电陶瓷促动器与陶瓷套筒锁在一起，锁紧力为100N。所述重力测量系统，中极板、上极板、下极板、传感器电路、石英垫片A、石英垫片B组成电容位移传感器。上极板、中极板、下极板相互平行，间距0.5mm，此时传感器处于零点，中极板向下移动5um传感器输出+5V信号，中极板向上移动5um传感器输出-5V。所述重力测量系统，金属套筒(8)作用是：电磁屏蔽、平衡弹簧周围温度、防静电。所述重力测量系统，主弹簧(11)上端与压电陶瓷促动器连接，下端与传感器中极板(12)连接；上极板(13)、下极板(14)与陶瓷套筒(7)固定在一起。所述重力测量系统，主弹簧(11)由高质量石英材料制作，主弹簧下端为倒锥形。所述重力测量系统，陶瓷堵(19)、辅助调节螺栓(20、)辅助弹簧(21)组成辅助调节机构，其作用是陶瓷堵固定在陶瓷套筒底部，辅助调节螺栓固定在陶瓷堵中心，辅助调节螺栓上端连接辅助弹簧下端，辅助弹簧上端连接中极板中心轴下端。主弹簧K1值是辅助弹簧K2值的100倍，辅助弹簧给中极板一个微弱的拉力，阻尼中极板在水平方向的地脉动幅度，提高数据稳定性。所述重力测量系统，辅助弹簧为铍青铜游丝弹簧，辅助弹簧兼顾中极板信号引线。所述重力测量系统，传感器电路(22)其作用是供给上极板、下极板激励电压；将中极板输出电压信号解调放大。所述重力测量系统，石英垫片A(23)用于支撑下极板，石英垫片B(24)是上极板与下极板之间垫片。所述恒温与温度测量系统，其恒温系统由两个热敏电阻(10)和控制恒温元件(9)组成，控制恒温元件电流大小，让重力仪探头核心温度略高于环境温度，并恒定在一个温度值；温度测量系统由两个温度传感器组成，对恒温系统性能做同步监测。所述锁紧机构，由三个锁紧电机与三个锁紧销组成，在水平面120°夹角均布，用于锁紧中极板(重量块)，避免运输安装过程中极板剧烈振动、大幅度转动损坏主弹簧。所述定位与垂直度微调机构，由支撑销(17)、锥度销(18)、斜度滑块(26)、微调螺杆(27)组成，重力仪探头三个支撑销在水平面120°夹角均布，当重力仪缓慢下落到钻孔底部，锥度销被钻孔底部顶起，重力仪靠自身重量继续下落，锥度销推动三个支撑销沿径向伸出，卡在钻孔井壁上，实现自动定位；三个斜度滑块在水平面呈120度夹角分布，微调螺杆(27)带动斜度滑块(26)支撑井壁，根据电子水准器的给出的倾角调节三个微调螺杆，使重力仪探头轴线垂直于水平面；微调螺杆使用专用安装工具操作驱动。测量系统基本格值参数设计：1)重力/位移换算参数：以生产地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻孔重力仪探头，主要部件包括压电陶瓷促动器(4)、陶瓷套筒(7)、主弹簧(11)、中极板(12)、上极板(13)、下极板(14)、传感器电路(22)，其特征是：所述的压电陶瓷促动器固定在陶瓷套筒上部；压电陶瓷促动器下端与主弹簧上端固定；主弹簧下端与中极板的中心轴上端固定。

【技术特征摘要】
1.一种钻孔重力仪探头，主要部件包括压电陶瓷促动器(4)、陶瓷套筒(7)、主弹簧(11)、中极板(12)、上极板(13)、下极板(14)、传感器电路(22)，其特征是：所述的压电陶瓷促动器固定在陶瓷套筒上部；压电陶瓷促动器下端与主弹簧上端固定；主弹簧下端与中极板的中心轴上端固定。2.根据权利要求1所述的钻孔重力仪探头，其特征是：压电陶瓷促动器由压电锁A(5)、压电锁B(6)锁定在陶瓷套筒顶部中心部位。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋光珍，孔向阳，
申请(专利权)人：宋光珍，
类型：新型
国别省市：山东,37