三维钻孔应变仪的测试研究

发布时间：2020-05-21 01:31

【摘要】：本论文阐述了对三维钻孔应变仪多项参数的测试研究,主要是完成该仪器整机的线性度、灵敏度、频率响应等测试,并对测试数据进行研究分析。目前,在国内还没有对三维钻孔应变仪进行全面地测试研究。我所对三维钻孔应变仪,将首次采用非接触式微位移技术对该仪器各参数进行测试,且配备有高精度电容位移传感器、高精度纳米级压电陶瓷、光纤陀螺仪等全新传感器。这样测试所得的数据更为精准、稳定、可靠,然后分析数据且从中发现问题改善不足,最终使各参数达到国家行业中技术指标要求,促进三维钻孔应变仪输出数据的精确稳定,为将来实现深井三维应变动态观测和实时智能分析做尝试,探索短临异常跟踪及震前预警。测试结果表明:(1)线性度误差:水平分量1号:1.08%;水平分量2号:1.29%;水平分量3号:1.099%;水平分量4号:1.03%;倾斜分量1号:1.178%;倾斜分量2号:1.04%;倾斜分量3号:0.87%;倾斜分量4号:1.129%;符合线性度误差2%范围。(2)灵敏度:将应变仪的输出电压信号与高精度电容传感器测得的实际位移量相比,得到水平分量1号:0.392V/μm;水平分量2号:0.435 V/μm;水平分量3号:0.379V/μm;水平分量4号:0.532 V/μm;倾斜分量1号:0.385V/μm;倾斜分量2号:0.724V/μm;倾斜分量3号:0.399V/μm;倾斜分量4号:0.719V/μm;满足考核指标要求。(3)频带范围:经测试-3dB频率处于90Hz-95Hz之间,满足设计指标50Hz的要求,故三维钻孔应变仪各项指标均符合国家行业规范要求,且基于非接触式的微位移测试技术的测试方案可行,比之前接触式测试方法更具创新性、稳定性、精准性、可靠性。本文主要由六大章节的内容来详细介绍新型三维钻孔应变仪的结构及其各重要参数的测试研究,且阐述了非接触式微位移测试技术,具体如下:第一章详细阐述了国内外对于钻孔应变仪的结构及测试方法的研究背景,说明了有关钻孔应变测试方法的发展状况和趋势,提出新型的三维钻孔应变仪的新测试方法,即基于非接触式的微位移测试技术,最后还提出了本文设计中的创新点以和将待解决的问题。本章节总结了有关应变仪测试方法的发展历程,主要提出了新测试方法的框架,为后面章节铺垫了扎实的理论基础。第二章详细阐述了目前微位移测试技术的类型和发展,同时分析了新型三维钻孔应变仪内部传感器的精密结构以及工作原理。本章节主要总结了多种微位移测试技术方法,详细说明了本文新测试系统中所需的电容微位移测试技术,具有一定的创新性。第三章详细阐述了测试新的三维钻孔应变仪各参数指标所需要的测试环境、测试筒设计、详细的测试方案,同时也展开严格地比较和研究。本章节总结了测试实验室里应该具备的设备和环境要求,确保了测试过程的顺利进行。第四章详细阐述了对三维钻孔应变仪进行测试时所包含的标定原理和测试方案,介绍了采用的多个高精度测试传感器。本章中主要对仪器的线性度、灵敏度及频率响应范围等参数的测试制定了全面测试方案测试且进行严格测试、研究。本章节总结了测试研究中所使用的高精度测试传感器,且对三维钻孔应变仪的各重要参数进行测试,测试结果表明测试所得的数据更为稳定精准,各参数的研究结果满足国家地震行业规范,并且进行了多次重复性测试,数据研究表明重复性较好,稳定性高。结论是这种新的测试方案可行可靠。第五章详细阐述了测试研究中的误差分析,并对三维钻孔应变仪灵敏度测试的结果展开了相应误差分析,本章节通过实验测试的结果和标准灵敏度相比较,最终结果表明新测试方法的测试效果可靠,误差在范围内。并且提出降低误差的一些措施,以便更好地测试研究。第六章对整篇论文进行了详细的总结,通过对仪器各重要指标的测试,分析测试数据可以得出以下结论:基于非接触式微位移技术测试法具有可靠性,先进性,创新性。各参数测试数据经分析可知是符合国家行业规范的,整个测试方案可行有效,比以前的接触式测试技术更稳定、精准、可靠。最后不仅提出了测试研究过程中的不足和缺点,还结合所研究的三维钻孔应变仪提出以后结合物联网的防雷设计方案,希望仪器更加安全和完善。
【图文】：

差动电容,定片,动片

图 2.1 差动电容结构假使在两个定片 a和 b上给予的电压（即两处电位或电势之差且两个电压之间是正相与反相的关系，用公式可以表达为U置时动片与两个定片的间距均为0dd d 时（即动片处于

钻孔应变仪,平面结构

三维钻孔应变仪平面结构图
【学位授予单位】：中国地震局地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P315.62

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