用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置製造方法
2023-10-16 21:43:54 2
用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置，該裝置包括：微位移裝置，設有能移動的位移驅動部，位移驅動部與鑽孔應變儀的三極差動電容式微位移傳感器中間的測量極板連接，能移動測量極板；校準裝置，安裝於三極差動電容式微位移傳感器的測量極板一側，能檢測測量極板的位移變化量；標定校準控制裝置，分別與微位移裝置和校準裝置通信連接，能將接收的校準裝置檢測到的測量極板的位移變化量向處於遠程的數據處理終端發送；以及將數據處理終端發來的移位控制信號向微位移裝置傳送，以根據移位控制信號控制微位移裝置的位移驅動部移動三極差動電容式微位移傳感器的測量極板。該裝置結構簡單，方便了鑽孔形變儀的遠程標定與校準。
【專利說明】用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鑽孔應變儀的標定校準領域，特別是涉及一種能用於鑽孔地形變測量 中方便線性標定校準的鑽孔形變儀的遠程校準裝置。
【背景技術】
[0002] 在鑽孔地形變測量中，通常測量探頭會採用水泥耦合的方式和巖石耦合，一旦探 頭下井安裝，就無法取出。在長達十多年的工作中，井下儀器的傳感器以及電子測量系統都 會隨著工作環境、工作年限等因素發生微小的變化。而傳感器性能的變化，直接影響觀測數 據的質量。因此，地震儀器行業規範要求入網井下儀器要具有井下物理靜態標定能力，能對 井下儀器定期標定，了解其工作性能。目前鑽孔地形變觀測儀器採用的是以壓電陶瓷為核 心的標定機構，能標定儀器格值，無法實現線性標定及校準。要實現鑽孔地形變測量的校 準，就要求能在下井探頭上安裝對鑽孔地形變測量的校準裝置，而當前的校準裝置由於體 積大，無法和傳感器配合不能安裝在井下探頭上，並且由於驅動控制協議不一致，難以直接 應用於鑽孔地形變測量中，實現遠程校準。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是提供一種用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程 校準裝置，能方便與鑽孔應變儀的傳感器配合安裝在井下探頭上，並方便與遠程的數據處 理終端配合實現遠程線性標定與校準，從而解決現有用於鑽孔地形變測量的鑽孔應變儀只 能井下靜態標定，難以實現方便的遠程線性標定及校準的問題。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明提供一種用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程 校準裝置，包括：
[0005] 微位移裝置，設有能移動的位移驅動部，所述位移驅動部與所述鑽孔應變儀的三 極差動電容式微位移傳感器中間的測量極板連接，能移動所述測量極板；
[0006] 校準裝置，安裝於所述三極差動電容式微位移傳感器的測量極板一側，能檢測所 述測量極板的位移變化量；
[0007] 標定校準控制裝置，分別與所述微位移裝置和所述校準裝置通信連接，能將接收 的所述校準裝置檢測到的所述測量極板的位移變化量向處於遠程的數據處理終端發送；以 及將所述數據處理終端發來的移位控制信號向所述微位移裝置傳送，以根據移位控制信號 控制所述微位移裝置的位移驅動部移動所述三極差動電容式微位移傳感器的測量極板。
[0008] 本發明的有益效果為：通過能移動鑽孔應變儀的三極差動電容式微位移傳感器中 間的測量極板微位移裝置及能檢測所述測量極板的位移變化量的校準裝置與標定校準控 制裝置配合，能充分了解鑽孔應變儀的三極差動電容式微位移傳感器的工作狀態和性能， 為觀測數據提供科學的基礎保障，實現了將現有的鑽孔應變儀井下靜態標定水平，提高至 井下線性標定及校準水平。該裝置具有體積小，精度高，方便由遠程的數據處理終端進行遠 程控制的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本 領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 附圖。
[0010] 圖1為本發明實施例提供的鑽孔應變儀傳感器安裝結構原理示意圖；
[0011] 圖2為本發明實施例提供的安裝於鑽孔應變儀的遠程校準裝置示意圖；
[0012] 圖3為本發明實施例提供的遠程控制裝置的微位移裝置的示意圖；
[0013] 圖4為本發明實施例提供的遠程校準裝置的微位移裝置的側視圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例 僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術 人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
[0015] 圖2所示為本發明實施例提供的一種用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程 校準裝置，主要用於對鑽孔形變儀的三極差動電容式微位移傳感器校準，包括：
[0016] 微位移裝置5,設有能移動的位移驅動部51，位移驅動部51與鑽孔應變儀的三極 差動電容式微位移傳感器4 (三極差動電容式微位移傳感器如圖1所示）的測量極板42連 接，能移動測量極板42 ;
[0017] 校準裝置6,安裝於三極差動電容式微位移傳感器4的測量極板42 -側，能檢測測 量極板42的位移變化量；
[0018] 標定校準控制裝置7,分別與微位移裝置5和校準裝置6通信連接，能將接收的校 準裝置6檢測到的測量極板42的位移變化量向處於遠程的數據處理終端8發送；以及將數 據處理終端8發來的移位控制信號向微位移裝置5傳送，以根據移位控制信號控制微位移 裝置5的位移驅動部51移動三極差動電容式微位移傳感器4的測量極板52。
[0019] 上述遠程校準裝置中，微位移裝置5設置在鑽孔形變儀的傳遞杆2、3 -端。
[0020] 上述遠程校準裝置中，微位移裝置5結構如圖3、4所示，包括：平臺52、陶瓷馬達 5、陶瓷運動副511 (該陶瓷運動副是指材質採用抗磨損陶瓷的運動副）、滑塊513和導軌 512 ;各部件均設置在平臺52上；滑塊設置在導軌上作為該微位移裝置的位移驅動部511， 滑塊513能沿導軌512直線移動；陶瓷馬達5的動力輸出端通過陶瓷運動副52與滑塊513 連接，能驅動滑塊513沿導軌512直線移位，測量極板42與滑塊513固定連接。該微位移 機構採用陶瓷馬達經連接的陶瓷運動副直接獲得直線運動，避免了採用傳統步進電機，需 要從旋轉運動轉換為直線運動。這樣就減少了機構的零部件及尺寸，為在狹小空間內安裝 提供了可行。再配以精密滑塊，能使測量極板42在一定空間內精密運動。而且這個運動的 量程不受精度的影響，是以陶瓷運動副52的長度為約束的。很好解決了精度和量程相互矛 盾的問題。當然，最終的精度，可通過將解析度5nm的光柵測量數據作為測量極板42的反 饋信號，建立陶瓷馬達的閉環控制系統，從而實現lum的精度，其線性優小於1%。
[0021] 上述微位移裝置5中，陶瓷馬達5的動力輸出端通過陶瓷運動副52與滑塊513連 接具體是：陶瓷運動副52由能做橢圓運動的陶瓷觸足與能做直線運動的陶瓷條構成，陶瓷 觸足與陶瓷條相互接觸並能產生相對運動，陶瓷馬達的壓電響應使陶瓷小觸足產生橢圓運 動，陶瓷小觸足與陶瓷條直接接觸，由於摩擦力的作用，使陶瓷條做直線運動，而陶瓷條與 滑塊連接，帶動滑塊直線運動。
[0022] 上述遠程校準裝置中，校準裝置6採用解析度不大於5nm的光柵校準裝置。這種 光柵校準裝置可確保測量位移的精度。實際中，作為校準裝置6的光柵校準裝置可以安裝 在安裝測量極板42的滑塊513的一側。
[0023] 上述遠程校準裝置中，標定校準控制裝置7包括：單片機控制器71、電機驅動器72 和現場總線模塊（圖中未示出）；其中，
[0024] 單片機控制器71的串口與現場總線模塊電連接，電機驅動器72的一端與單片機 控制器的10 口連接，電機驅動器72的另一端與微位移裝置5的控制端電連接。
[0025] 下面結合具體實施例對本發明校準裝置作進一步說明。
[0026] 如圖1，圖2所示，應用於鑽孔應變儀的遠程校準裝置，主要是對三極差動電容式 微位移傳感器4校準，包括標定校準控制裝置7、以陶瓷馬達為核心的微位移裝置5和以光 柵為核心的校準裝置6。
[0027] 如圖1，鑽孔應變儀採用三極差動電容式微位移傳感器4,該傳感器的三塊平行極 板41、42、43構成兩個差動變化的電容器，中間的極板為測量極板42。如圖1所示，三極差 動電容式微位移傳感器4通過傳遞杆2、3安裝在彈性鋼筒探頭壁1上，通過特種水泥和大 地耦合。隨著探頭在地應力作用下發生形變，三極差動電容式微位移傳感器4的兩側極板 41、43與中間測量極板42的間距dl，d2會相應變化，其電容量便隨之變化，根據預先建立 的形變與電容差動變化的聯繫，通過測量電容，即可監測地形變。
[0028] 如圖2,遠程校準裝置7以鑽孔應變儀的三極差動電容式微位移傳感器4為檢測 校準對象，通過將以陶瓷馬達為核心的微位移裝置5與三極差動電容式微位移傳感器配合 安裝，將三極差動電容式微位移傳感器4的測量極板42 (即電容極板2)安裝在微位移裝置 5上，具體安裝在微位移裝置5的位移驅動部51，通過標定校準控制裝置7(圖2中，71為 單片機控制器，72為電機控制器），接收處於遠程的數據處理終端8的信號，能使三極差動 電容式微位移傳感器4的測量極板42 (即電容極板2)產生線性微位移，從而實現兩側極板 41、43與中間測量極板42的間距dl，d2的變化，記錄鑽孔應變儀9採集的三極差動電容式 微位移傳感器輸出電容量的變化數據，與以光柵為核心的校準裝置6獲得測量極板42 (即 電容極板2)的微位移變化數據，實現對鑽孔應變儀的遠程線性標定及校準。
[0029] 同時，該遠程校準裝置具有精度高（lum)，線性優（小於1 % )，體積小，能實現探頭 內安裝使用的特點。
[0030] 以上，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何 熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應 涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為 準。
【權利要求】
1. 一種用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置，其特徵在於，包括： 微位移裝置，設有能移動的位移驅動部，所述位移驅動部與鑽孔應變儀的三極差動電 容式微位移傳感器中間的測量極板連接，能移動所述測量極板； 校準裝置，安裝於所述三極差動電容式微位移傳感器的所述測量極板一側，能檢測所 述測量極板的位移變化量； 標定校準控制裝置，分別與所述微位移裝置和所述校準裝置通信連接，能將接收的所 述校準裝置檢測到的所述測量極板的位移變化量向處於遠程的數據處理終端發送；以及將 所述數據處理終端發來的移位控制信號向所述微位移裝置傳送，以根據移位控制信號控制 所述微位移裝置的位移驅動部移動所述三極差動電容式微位移傳感器的測量極板。
2. 根據權利要求1的用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置，其特徵在 於，所述微位移裝置設置在所述鑽孔形變儀的傳遞杆一端。
3. 根據權利要求1或2的用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置，其特徵 在於，所述微位移裝置包括：平臺、陶瓷馬達、陶瓷運動副、滑塊和導軌； 所述各部件均設置在所述平臺上； 所述滑塊設置在所述導軌上，所述滑塊能沿所述導軌直線移動； 所述陶瓷馬達的動力輸出端通過所述陶瓷運動副與所述滑塊連接，能驅動所述滑塊沿 所述導軌直線移位。
4. 根據權利要求1的用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置，其特徵在 於，所述校準裝置採用解析度不大於5nm的光柵校準裝置。
5. 根據權利要求1的用於鑽孔地形變測量的鑽孔形變儀的遠程校準裝置，其特徵在 於，所述標定校準控制裝置包括： 單片機控制器、電機驅動器和現場總線模塊；其中， 所述單片機控制器的串口與現場總線模塊電連接，所述電機驅動器的一端與單片機控 制器的10 口連接，所述電機驅動器的另一端與所述微位移裝置的控制端電連接。
【文檔編號】G01B7/16GK104089571SQ201410347886
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】吳立恆, 李濤, 熊玉珍, 陳徵, 李宏 申請人:中國地震局地殼應力研究所