[发明专利]半植入式孔底光纤光栅应变计地应力测量装置及方法

权利要求书

1.一种半植入式孔底光纤光栅应变计地应力测量装置，其特征在于：包括光纤光栅应变计探头(13)、射入端光缆(7)、透射端光缆(8)、光纤光栅调节分析仪(14)、信号线(15)、数据采集主机(16)、带有安装器的安装杆(17)，所述光纤光栅应变计探头(13)包括基座(10)、安装于基座(10)的半植入式环氧树脂基片(9)，六个光纤光栅应变计(1-6)绕圆周间隔60°固定于环氧树脂基片(9)，且六个光纤光栅应变计(1-6)串联后两端分别与射入端光缆(7)和透射端光缆(8)连接，带有安装器的安装杆(17)用于将光纤光栅应变计探头(13)安装至测孔孔底端面，射入端光缆(7)和透射端光缆(8)与光纤光栅调节分析仪(14)连接，光纤光栅调节分析仪(14)通过信号线(15)与数据采集主机(16)连接；半植入式环氧树脂基片(9)上绕半径为5mm的圆周上间隔60°刻深度为0.4mm、长度为10mm的半圆柱状槽，六个光纤光栅应变计(1-6)以串联的形式分别固定粘贴到对应的半圆柱状槽中；半植入式环氧树脂基片(9)的直径为48mm，厚度为1mm，光纤光栅应变计(1-6)直径为0.8mm，长度为10mm。

2.如权利要求1所述的半植入式孔底光纤光栅应变计地应力测量装置，其特征在于：所述基座(10)包括接头(11)和光纤光栅应变计保护仓(12)，所述光纤光栅应变计保护仓(12)为内部中空的圆柱形腔体结构，接头(11)为与光纤光栅应变计保护仓(12)连通的圆柱形腔体，光纤光栅应变计保护仓(12)开口端与半植入式环氧树脂基片(9)以同心圆的方式对齐后粘接固定，通过接头(11)灌入液化后的凡士林至光纤光栅应变计保护仓(12)，以达到防水并保护光纤光栅应变计(1-6)的作用。

3.一种半植入式孔底光纤光栅应变计地应力测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在半植入式环氧树脂基片(9)绕圆周间隔60°刻六个半圆柱状槽，并将六个串联的光纤光栅应变计(1-6)分别固定粘贴到半植入式基片(9)的半圆柱状槽中；半圆柱状槽的长度为10mm，深度为0.4mm，光纤光栅应变计(1-6)直径为0.8mm，长度为10mm；

2)将与光纤光栅应变计(1-6)连接的射入端光缆(7)和透射端光缆(8)穿过基座(10)的光纤光栅应变计保护仓(12)，然后从接头(11)穿出；

3)将基座(10)的光纤光栅应变计保护仓(12)开口端与半植入式环氧树脂基片(9)以同心圆的方式对齐，并将二者粘贴一起；

4)加热工业用凡士林使其液化，并通过接头(11)灌入至光纤光栅应变计保护仓(12)，以达到防水并保护光纤光栅应变计(1-6)的作用，待凡士林冷却，并用铝箔缠裹射入端光缆(7)和透射端光缆(8)组成测试光缆(18)，至此光纤光栅应变计探头(13)即加工完成；

5)根据岩芯及钻孔电视选择合适的深度进行测试，使用磨平钻头将孔底磨至光滑平整；

6)磨平孔底后用清水冲洗孔底，取出钻头后，采用丙酮擦洗孔底，采用烘烤器将孔底烘干；

7)根据配方和洞室温度调配胶水，按照胶水的固化情况，在合适时间涂抹到准备好的光纤光栅应变计探头(13)的半植入式环氧树脂基片(9)上；

8)将涂胶后的光纤光栅应变计探头(13)通过带有安装器的安装杆(17)迅速安装到孔底端面上，安装到位后保持光纤光栅应变计探头(13)对孔底的压力；

9)胶水完全固化后，取出安装器，将测试光缆(18)与光纤光栅调节分析仪(14)连接，采用光纤光栅调节分析仪(14)检查光纤光栅应变计(1-6)的服役状态，保证不在同一条直线的三个光纤光栅应变计处于服役状态；

10)向钻孔内冲水并读取光纤光栅应变计(1-6)稳定读数作为初始值，每解除1cm读数1次，大于钻孔直径后每2cm读数1次，直至解除结束或岩芯崩断后读取稳定读数，并描述解除过程的异常情况；

11)将光纤光栅调节分析仪(14)通过信号线(15)与数据采集主机(16)连接，读取应变值，通过数据处理得到测试部位的应变值。