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1、(10)申请公布号 CN 104089571 A (43)申请公布日 2014.10.08 C N 1 0 4 0 8 9 5 7 1 A (21)申请号 201410347886.7 (22)申请日 2014.07.21 G01B 7/16(2006.01) (71)申请人中国地震局地壳应力研究所 地址 100085 北京市海淀区西三旗安宁庄路 1号 (72)发明人吴立恒 李涛 熊玉珍 陈征 李宏 (74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有 限公司 11260 代理人郑立明 付久春 (54) 发明名称 用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校 准装置 (57) 摘要 本发明公开一种用于钻孔地。
2、形变测量的钻孔 形变仪的远程校准装置，该装置包括：微位移装 置，设有能移动的位移驱动部，位移驱动部与钻孔 应变仪的三极差动电容式微位移传感器中间的测 量极板连接，能移动测量极板；校准装置，安装于 三极差动电容式微位移传感器的测量极板一侧， 能检测测量极板的位移变化量；标定校准控制装 置，分别与微位移装置和校准装置通信连接，能将 接收的校准装置检测到的测量极板的位移变化量 向处于远程的数据处理终端发送；以及将数据处 理终端发来的移位控制信号向微位移装置传送， 以根据移位控制信号控制微位移装置的位移驱动 部移动三极差动电容式微位移传感器的测量极 板。该装置结构简单，方便了钻孔形变仪的远程标 定与校。
3、准。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104089571 A CN 104089571 A 1/1页 2 1.一种用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置，其特征在于，包括： 微位移装置，设有能移动的位移驱动部，所述位移驱动部与钻孔应变仪的三极差动电 容式微位移传感器中间的测量极板连接，能移动所述测量极板； 校准装置，安装于所述三极差动电容式微位移传感器的所述测量极板一侧，能检测所 述测量极板的位移变化量； 标定校准控制装置，分别与所述微。
4、位移装置和所述校准装置通信连接，能将接收的所 述校准装置检测到的所述测量极板的位移变化量向处于远程的数据处理终端发送；以及将 所述数据处理终端发来的移位控制信号向所述微位移装置传送，以根据移位控制信号控制 所述微位移装置的位移驱动部移动所述三极差动电容式微位移传感器的测量极板。 2.根据权利要求1的用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置，其特征在 于，所述微位移装置设置在所述钻孔形变仪的传递杆一端。 3.根据权利要求1或2的用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置，其特征 在于，所述微位移装置包括：平台、陶瓷马达、陶瓷运动副、滑块和导轨； 所述各部件均设置在所述平台上； 所述滑块设置。
5、在所述导轨上，所述滑块能沿所述导轨直线移动； 所述陶瓷马达的动力输出端通过所述陶瓷运动副与所述滑块连接，能驱动所述滑块沿 所述导轨直线移位。 4.根据权利要求1的用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置，其特征在 于，所述校准装置采用分辨率不大于5nm的光栅校准装置。 5.根据权利要求1的用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置，其特征在 于，所述标定校准控制装置包括： 单片机控制器、电机驱动器和现场总线模块；其中， 所述单片机控制器的串口与现场总线模块电连接，所述电机驱动器的一端与单片机控 制器的IO口连接，所述电机驱动器的另一端与所述微位移装置的控制端电连接。 权 利 要 求 书C。
6、N 104089571 A 1/3页 3 用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置 技术领域 0001 本发明涉及钻孔应变仪的标定校准领域，特别是涉及一种能用于钻孔地形变测量 中方便线性标定校准的钻孔形变仪的远程校准装置。 背景技术 0002 在钻孔地形变测量中，通常测量探头会采用水泥耦合的方式和岩石耦合，一旦探 头下井安装，就无法取出。在长达十多年的工作中，井下仪器的传感器以及电子测量系统都 会随着工作环境、工作年限等因素发生微小的变化。而传感器性能的变化，直接影响观测数 据的质量。因此，地震仪器行业规范要求入网井下仪器要具有井下物理静态标定能力，能对 井下仪器定期标定，了解其工作性能。。
7、目前钻孔地形变观测仪器采用的是以压电陶瓷为核 心的标定机构，能标定仪器格值，无法实现线性标定及校准。要实现钻孔地形变测量的校 准，就要求能在下井探头上安装对钻孔地形变测量的校准装置，而当前的校准装置由于体 积大，无法和传感器配合不能安装在井下探头上，并且由于驱动控制协议不一致，难以直接 应用于钻孔地形变测量中，实现远程校准。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是提供一种用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程 校准装置，能方便与钻孔应变仪的传感器配合安装在井下探头上，并方便与远程的数据处 理终端配合实现远程线性标定与校准，从而解决现有用于钻孔地形变测量的钻孔应变仪只 能井下静态标定，难以实。
8、现方便的远程线性标定及校准的问题。 0004 为解决上述技术问题，本发明提供一种用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程 校准装置，包括： 0005 微位移装置，设有能移动的位移驱动部，所述位移驱动部与所述钻孔应变仪的三 极差动电容式微位移传感器中间的测量极板连接，能移动所述测量极板； 0006 校准装置，安装于所述三极差动电容式微位移传感器的测量极板一侧，能检测所 述测量极板的位移变化量； 0007 标定校准控制装置，分别与所述微位移装置和所述校准装置通信连接，能将接收 的所述校准装置检测到的所述测量极板的位移变化量向处于远程的数据处理终端发送；以 及将所述数据处理终端发来的移位控制信号向所述微。
9、位移装置传送，以根据移位控制信号 控制所述微位移装置的位移驱动部移动所述三极差动电容式微位移传感器的测量极板。 0008 本发明的有益效果为：通过能移动钻孔应变仪的三极差动电容式微位移传感器中 间的测量极板微位移装置及能检测所述测量极板的位移变化量的校准装置与标定校准控 制装置配合，能充分了解钻孔应变仪的三极差动电容式微位移传感器的工作状态和性能， 为观测数据提供科学的基础保障，实现了将现有的钻孔应变仪井下静态标定水平，提高至 井下线性标定及校准水平。该装置具有体积小，精度高，方便由远程的数据处理终端进行远 程控制的优点。 说 明 书CN 104089571 A 2/3页 4 附图说明 000。
10、9 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。 0010 图1为本发明实施例提供的钻孔应变仪传感器安装结构原理示意图； 0011 图2为本发明实施例提供的安装于钻孔应变仪的远程校准装置示意图； 0012 图3为本发明实施例提供的远程控制装置的微位移装置的示意图； 0013 图4为本发明实施例提供的远程校准装置的微位移装置的侧视图。 具体实施方式 0014 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整。
11、地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。 0015 图2所示为本发明实施例提供的一种用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程 校准装置，主要用于对钻孔形变仪的三极差动电容式微位移传感器校准，包括： 0016 微位移装置5，设有能移动的位移驱动部51，位移驱动部51与钻孔应变仪的三极 差动电容式微位移传感器4(三极差动电容式微位移传感器如图1所示)的测量极板42连 接，能移动测量极板42； 0017 校准装置6，安装于三极差动电容式微位移传感器4的测量。
12、极板42一侧，能检测测 量极板42的位移变化量； 0018 标定校准控制装置7，分别与微位移装置5和校准装置6通信连接，能将接收的校 准装置6检测到的测量极板42的位移变化量向处于远程的数据处理终端8发送；以及将数 据处理终端8发来的移位控制信号向微位移装置5传送，以根据移位控制信号控制微位移 装置5的位移驱动部51移动三极差动电容式微位移传感器4的测量极板52。 0019 上述远程校准装置中，微位移装置5设置在钻孔形变仪的传递杆2、3一端。 0020 上述远程校准装置中，微位移装置5结构如图3、4所示，包括：平台52、陶瓷马达 5、陶瓷运动副511(该陶瓷运动副是指材质采用抗磨损陶瓷的运动副。
13、)、滑块513和导轨 512；各部件均设置在平台52上；滑块设置在导轨上作为该微位移装置的位移驱动部511， 滑块513能沿导轨512直线移动；陶瓷马达5的动力输出端通过陶瓷运动副52与滑块513 连接，能驱动滑块513沿导轨512直线移位，测量极板42与滑块513固定连接。该微位移 机构采用陶瓷马达经连接的陶瓷运动副直接获得直线运动，避免了采用传统步进电机，需 要从旋转运动转换为直线运动。这样就减少了机构的零部件及尺寸，为在狭小空间内安装 提供了可行。再配以精密滑块，能使测量极板42在一定空间内精密运动。而且这个运动的 量程不受精度的影响，是以陶瓷运动副52的长度为约束的。很好解决了精度和量。
14、程相互矛 盾的问题。当然，最终的精度，可通过将分辨率5nm的光栅测量数据作为测量极板42的反 馈信号，建立陶瓷马达的闭环控制系统，从而实现1um的精度，其线性优小于1。 0021 上述微位移装置5中，陶瓷马达5的动力输出端通过陶瓷运动副52与滑块513连 说 明 书CN 104089571 A 3/3页 5 接具体是：陶瓷运动副52由能做椭圆运动的陶瓷触足与能做直线运动的陶瓷条构成，陶瓷 触足与陶瓷条相互接触并能产生相对运动，陶瓷马达的压电响应使陶瓷小触足产生椭圆运 动，陶瓷小触足与陶瓷条直接接触，由于摩擦力的作用，使陶瓷条做直线运动，而陶瓷条与 滑块连接，带动滑块直线运动。 0022 上述远。
15、程校准装置中，校准装置6采用分辨率不大于5nm的光栅校准装置。这种 光栅校准装置可确保测量位移的精度。实际中，作为校准装置6的光栅校准装置可以安装 在安装测量极板42的滑块513的一侧。 0023 上述远程校准装置中，标定校准控制装置7包括：单片机控制器71、电机驱动器72 和现场总线模块(图中未示出)；其中， 0024 单片机控制器71的串口与现场总线模块电连接，电机驱动器72的一端与单片机 控制器的IO口连接，电机驱动器72的另一端与微位移装置5的控制端电连接。 0025 下面结合具体实施例对本发明校准装置作进一步说明。 0026 如图1，图2所示，应用于钻孔应变仪的远程校准装置，主要是对。
16、三极差动电容式 微位移传感器4校准，包括标定校准控制装置7、以陶瓷马达为核心的微位移装置5和以光 栅为核心的校准装置6。 0027 如图1，钻孔应变仪采用三极差动电容式微位移传感器4，该传感器的三块平行极 板41、42、43构成两个差动变化的电容器，中间的极板为测量极板42。如图1所示，三极差 动电容式微位移传感器4通过传递杆2、3安装在弹性钢筒探头壁1上，通过特种水泥和大 地耦合。随着探头在地应力作用下发生形变，三极差动电容式微位移传感器4的两侧极板 41、43与中间测量极板42的间距d1，d2会相应变化，其电容量便随之变化，根据预先建立 的形变与电容差动变化的联系，通过测量电容，即可监测地。
17、形变。 0028 如图2，远程校准装置7以钻孔应变仪的三极差动电容式微位移传感器4为检测 校准对象，通过将以陶瓷马达为核心的微位移装置5与三极差动电容式微位移传感器配合 安装，将三极差动电容式微位移传感器4的测量极板42(即电容极板2)安装在微位移装置 5上，具体安装在微位移装置5的位移驱动部51，通过标定校准控制装置7(图2中，71为 单片机控制器，72为电机控制器)，接收处于远程的数据处理终端8的信号，能使三极差动 电容式微位移传感器4的测量极板42(即电容极板2)产生线性微位移，从而实现两侧极板 41、43与中间测量极板42的间距d1，d2的变化，记录钻孔应变仪9采集的三极差动电容式 微。
18、位移传感器输出电容量的变化数据，与以光栅为核心的校准装置6获得测量极板42(即 电容极板2)的微位移变化数据，实现对钻孔应变仪的远程线性标定及校准。 0029 同时，该远程校准装置具有精度高(1um)，线性优(小于1)，体积小，能实现探头 内安装使用的特点。 0030 以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应 涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为 准。 说 明 书CN 104089571 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104089571 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104089571 A 。