具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，属于传感器领域。四分量探头A、B、C之间通过螺纹及平键连接，且探头A、B沿轴向旋转成90°。每个四分量探头分别承载四个应变传感单元，四分量探头A、B上的四个应变传感单元分别组成两组直角应变花；四分量探头C上的四个应变传感单元组成两组等角应变花。应变传感单元由光纤光栅封装到碳纤维复合材料的凹槽内制作而成。优点在于：具有自洽功能，可以直接监测地下岩层空间应力的大小与方向，具体可以应用于对大型边坡岩体稳定性监测、地震断裂带地层应力监测、山体滑坡监测等。大大减少人民生命伤亡与财产的损失。

Borehole type optical fiber three-dimensional earth stress observation device with self consistent function

The invention relates to a borehole type optical fiber three-dimensional earth stress observation device with self consistent function, which belongs to the sensor field. The four component probes A, B and C are connected by threads and flat keys, and the probes A and B rotate in an axial direction to 90 degrees. Each of the four components of the probe were carrying four strain sensing unit, four strain sensing unit four component A, B probe were composed of two groups of rectangular rosette; four strain sensing unit four component C probe composed of two groups of equalanlar strain flower. The strain sensing unit is made of a fiber grating encapsulated in a groove of a carbon fiber composite material. Has the advantages of self consistent function, can directly monitor the size and direction of underground space stress, concrete can be applied to large rock slope stability monitoring, earthquake fault zone formation stress monitoring, landslide monitoring etc.. Greatly reduce the loss of lives and property losses of the people.

【技术实现步骤摘要】
具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置
本专利技术涉及传感器领域，特别涉及一种具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置。
技术介绍
固体地壳的应力状态是地壳的最重要的性质之一，地壳表面与内部发生的各种构造现象及其伴生的各种地质灾害都与地壳应力的作用密切相关。地应力测量与监测不仅为深入认识地震的孕育和发生机制，进而为强震预测提供重要的科学依据，而且也是动力学基础研究的重要组成部分，此外，还将为国家重大工程建设，如深埋隧道、水电工程、深部能源开采、核废料处置场地的选址等深部地下工程的勘测设计提供重要的技术支撑。随着浅部资源的日益枯竭，矿产资源采掘向深矿山进军，地热资源开发、核废料的地下深埋、深埋隧道等的深度越来越大，随之而来的是地应力的增大，深部岩体结构和构造更加复杂。近年来我国大型矿山煤瓦斯突出、岩爆、巷道变形破坏、突水等问题越来越严重，深部矿区地质灾害的频发，促使人们更加关注深部高应力状态下岩体力学形状和岩石破坏机理、灾害预测和防范措施的研究。人们开采地下资源的工程活动同样使相对稳定的原岩应力状态受到扰动，一旦达到岩石的破裂临界值，就会引发各种矿难。如何既能有效地将矿产资源开采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：包括四分量探头A(5)、四分量探头B(10)、四分量探头C(15)、光纤出口端(16)及传感装置端头(17)，所述四分量探头A(5)、四分量探头B(10)、四分量探头C(15)之间通过螺纹及平键连接，且四分量探头A(5)与四分量探头B(10)沿轴向旋转成90°，四分量探头A(5)的一端与光纤出口端(16)连接，四分量探头C(15)的一端与传感装置端头(17)连接；所述四分量探头A(5)上承载应变传感单元A(1)、应变传感单元B(2)、应变传感单元C(3)及应变传感单元D(4)，且应变传感单元A～D组成一组直角应变花；所述四分量探头B(...

【技术特征摘要】
1.一种具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：包括四分量探头A(5)、四分量探头B(10)、四分量探头C(15)、光纤出口端(16)及传感装置端头(17)，所述四分量探头A(5)、四分量探头B(10)、四分量探头C(15)之间通过螺纹及平键连接，且四分量探头A(5)与四分量探头B(10)沿轴向旋转成90°，四分量探头A(5)的一端与光纤出口端(16)连接，四分量探头C(15)的一端与传感装置端头(17)连接；所述四分量探头A(5)上承载应变传感单元A(1)、应变传感单元B(2)、应变传感单元C(3)及应变传感单元D(4)，且应变传感单元A～D组成一组直角应变花；所述四分量探头B(10)上承载应变传感单元E(6)、应变传感单元F(7)、应变传感单元G(8)及应变传感单元H(9)，且应变传感单元E～H组成一组直角应变花；所述四分量探头C(15)上承载应变传感单元I(11)、应变传感单元J(12)、应变传感单元K(13)及应变传感单元L(14)，且应变传感单元I～L组成两组等角应变花。2.根据权利要求1所述的具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：所述的四分量探头A(5)、四分量探头B(10)承载的两组直角应变花分别是将应变传感单元A～D、应变传感单元E～H放置于探头机体(18)表面上成一定角度的四个凹槽内。3.根据权利要求2所述的具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：所述的一定角度为45°。4.根据权利要求1所述的具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：所述的应变传感单元A～L分别是由光纤光栅(20)封装到碳纤维复合材料(21)的凹槽内制作而成，碳纤维复合材料(21)由碳纤维布经高温模压成型工艺制作而成。5.根据权利要求4所述的具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：所述的光纤光栅(20)为外径0.125mm的单模光纤。6.根据权利要求1所述的具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：所述的四分量探头A(5)、四分量探头B(10)、四分量探头C(15)的结构分别由铝合金的探头机体(18)置于探头保护外壳(19)内构成。7.根据权利要求1所述的具有自洽功能的钻孔式光纤三维地应力观测装置，其特征在于：所述的四分量探头A(5)、四分量探头B(10)分别承载的两组应变花具有对四分量探头A(5)、四分量探头B(10)自身自洽功能；四分量探头A(5)的应变传感单元A(1)、应变传感单元B(2)、应变传感单元C(3)组成一组直角应变花T1，应变传感单元B(2)、应变传感单元C(3)、应变传感单元D(4)组成一组直角应变花T2；如果应变花T1与T2测量计算出的最大主应变εmax、最小主应变εmin、方向角度α满足自洽方程组，则说明传感器监测数据有效且准确；如果当观测数据不自洽时，说明两组应变花的监测数据有偏差，这样的数据是不能用于应变计算与分析；其中，所述的自洽方程是用来检验每个探头上两组应变花得出的εmax、εmin、α`是否相等；根据而相应变状态方程

【专利技术属性】
技术研发人员：仲志成，赵斌，林君，刘玉娟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22