一种应变片测量电路及空心包体应变计测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种应变片测量电路及空心包体应变计测量系统。包括：电桥；所述电桥具有第一参考桥臂、第二参考桥臂、工作应变片桥臂、参考应变片桥臂、第一抗干扰电路单元和第二抗干扰电路单元；所述第一参考桥臂与所述第二参考桥臂相连接构成参考半桥，所述参考应变片桥臂还与所述工作应变片桥臂相连接构成工作半桥,所述第一参考桥臂与所述工作应变片桥臂通过所述第一抗干扰电路单元相连接，所述第二参考桥臂与所述参考应变片桥臂通过所述第二抗干扰电路单元相连接；空心包体应变计测量系统：包括应变传感器测量模块和空心包体应变计。本实用新型专利技术具有提高应变片测量及空心包体地应力测量的准确性与稳定性的积极效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及地应力测量
，具体而言，涉及一种应变片测量电路及空心包体应变计测量系统。
技术介绍
空心包体应力解除法是国内外普遍采用的地应力测量方案，通过安装胶把空心包体应变计探头安装在合适的钻孔中，然后通过钻探将钻孔周围的岩石与所在岩体解除关联，测量在解除关联过程中岩心上的应变变化，根据岩石的力学性质可以测量出被测岩体的应力状态。岩石的力学性质可以根据查询获取，也可以通过对钻取的带空心包体应变计的岩心进行率定操作进行获取。率定是指将钻取岩心安装在特定率定装备中，通过率定装备对岩心加压，测量空心包体应变计上的形变与加载压力的关系获取岩石的力学特性。当前技术使用多通道静态应变仪对空心包体应变计内安装的应变片进行测量，一般采集仪器距应变计的距离约20米。空心包体应变计中包含若干个测量应变片及一个补偿应变片，所有应变片的一端连接在一起并通过一根导线连接到静态应变仪，另外一端通过一根导线连接到静态应变仪，共需14芯电缆线，常用16芯电缆制作，其中空余两芯连接到公共节点，连接示意图如说明书附图部分图1所示。应变片测量应变的原理是:导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时其电阻值也发生相应变化，因此可以通过测量应变片电阻的变化可以反映应变片发生形变的情况，电阻相对变化与形变变化的比例由应变片的灵敏系数来表达，常用的应变片的灵敏系数为2。测量应变片电阻变化的仪器为应变仪，测量过程中，应变片的机械形变带来的电阻变化的量值很小，灵敏系数为2阻值为120欧姆的应变片每个微应变(微应变为常用应变单位，一般工程中以微应变记录测量结果)引起的电阻变化仅为2.4微欧姆，应变仪一般使用电桥电路对应变片进行测量。空心包体应变测量过程中会有较长导线的接入，进而会有接线端子的接入，导线本身具有线缆电阻，导线与接线端子的连接面也会具有接触电阻，这些电阻的阻值远大于微欧姆，因此上述导线、接线端子等电路如果连接在电桥内部，相关接入会对测量结果带来十分显著的影响，影响测量的零点，带来测量干扰；虽然测量零点的干扰可以通过后续技术方法进行修正，但是测量过程上述因素带来的影响极易受环境变化的而发生变化，比如环境温度变化、导线受力情况变化、导线重新连接等多种因素都会影响线缆电阻、接触电阻的阻值大小变化，这样会引入很多不可控制的干扰，这些干扰很难通过数据处理方法进行消除，进而导致测量结果的不稳定，以下通过计算来分析现有技术中测量过程中干扰对测量结果的影响情况。以空心包体应变计制作使用的阻值为120欧姆、灵敏系数为2的应变片为例进行计算。应变片到应变仪之间电缆长度约20米，线芯使用0.12平方毫米，每根线芯电阻约2.9欧姆(20摄氏度时铜电阻率为1.75X10 8欧姆*米)，正常制备过程中，由于线芯直径差异等影响，线芯间电阻差为0.3欧姆左右，约为线阻的10%。当电缆裁短2米(电缆长度的10% )时，线缆间电阻差变化为0.3欧姆*2米/20米=0.03欧姆，对应的应变测量误差为0.03欧姆/120欧姆/2欧姆/应变=125微应变。铜的温度系数为4.1X 10 31/摄氏度。当环境变化为10摄氏度时，线芯电阻变化约为0.12欧姆，线芯间电阻差变化约0.012欧姆，对应引入测量误差为0.012/120/2 = 50微应变。另外测量电缆与应变仪测量通道之间一般使用接线端子进行连接，正常使用时保障接触电阻小于0.005欧姆，根据经验，每次连接电阻变化大约0.001欧姆，引入的测量误差为0.001/120/2 = 4微应变。当前测量技术中导线、接线端子的电阻是直接接入电桥内部的，空心包体应变解除测量过程中泥浆循环，钻头摩擦等复杂因素会引起空心包体应变计探头及电缆的电阻发生变化，率定时重新对应变计与电桥采集器进行连接也会引起端子上接触电阻的变化，对空心包体应变计进行测量时会有较大的误差，对测量结果的准确性有一定影响。另外，当前有在工程中将空心包体应变计用于应变过程监测的应用，监测过程中需要在较长时间段内多次对同一应变计进行测量，测量之间的时间间隔可以根据需要进行设计，每个监测点安装一台应变仪进行监测的方案避免了重新连接端子引入的监测误差，但是成本会极大提高，巡检的方式对空心包体应变计进行测量，重新连接端子测量误差会极大的影响监测的数据质量，对应用的效果有一定的负面影响。当前空心包体应变计的结构及测量方法中，导线电缆及连接端子引起的测量干扰较大，且难以通过后期数据处理消除影响，测量的准确度及稳定度不高，对其使用的效果带来不利的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本技术实施例的目的在于提供一种应变片测量电路及空心包体应变计测量系统，以达到减小导线线缆及连接端子的接入引起的测量干扰、提高测量准确度和测量稳定性的目的。为达上述目的，本技术的技术方案是这样实现的:—种应变片测量电路，包括:电桥；所述电桥具有第一参考桥臂、第二参考桥臂、工作应变片桥臂、参考应变片桥臂、第一抗干扰电路单元和第二抗干扰电路单元；所述第一参考桥臂与所述第二参考桥臂相连接构成参考半桥，所述参考应变片桥臂还与所述工作应变片桥臂相连接构成工作半桥；所述第一参考桥臂与所述工作应变片桥臂通过所述第一抗干扰电路单元相连接，所述第二参考桥臂与所述参考应变片桥臂通过所述第二抗干扰电路单元相连接；所述第一参考桥臂与所述第二参考桥臂之间的节点以及所述工作应变片桥臂与所述参考应变片桥臂之间的节点为测量输出节点；所述第一参考桥臂与所述第一抗干扰电路单元之间的节点以及所述第二参考桥臂与所述第二抗干扰电路单元之间的节点为电桥驱动节点；所述第一抗干扰电路单元以及所述第二抗干扰电路单元，用于减小导线线缆及连接端子的接入而带来的测量干扰。所述应变片测量电路还包括:与所述测量输出节点相连接的第三放大电路。所述工作应变片桥臂包括工作应变片，所述工作应变片用于与所述第一抗干扰电路单元连接的端部设置两个导线连接口 ；所述参考应变片桥臂包括参考应变片，所述参考应变片用于与所述第二抗干扰电路单元连接的端部设置两个导线连接口。所述第一抗干扰电路单元设有第一放大器，所述第二抗干扰电路单元设有第二放大器；所述工作应变片用于与所述第一抗干扰电路单元连接的端部通过两根导线分别连接至所述第一放大器的输出通道和反馈通道；所述参考应变片用于与所述第二抗干扰电路单元连接的端部通过两根导线分别连接至第二放大器的输出通道和反馈通道。所述工作应变片用于与所述第一抗干扰电路单元连接的端部通过两根导线分别连接至所述第一放大器的输出通道和反馈通道包括:其中，所述导线上设置有多路模拟开关，所述第一抗干扰电路单元同时对应多个工作应变片；所述参考应变片用于与所述第二抗干扰电路单元连接的端部通过两根导线分别连接至第二放大器当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变片测量电路，其特征在于，包括：电桥；所述电桥具有第一参考桥臂、第二参考桥臂、工作应变片桥臂、参考应变片桥臂、第一抗干扰电路单元和第二抗干扰电路单元；所述第一参考桥臂与所述第二参考桥臂相连接构成参考半桥，所述参考应变片桥臂还与所述工作应变片桥臂相连接构成工作半桥；所述第一参考桥臂与所述工作应变片桥臂通过所述第一抗干扰电路单元相连接，所述第二参考桥臂与所述参考应变片桥臂通过所述第二抗干扰电路单元相连接；所述第一参考桥臂与所述第二参考桥臂之间的节点以及所述工作应变片桥臂与所述参考应变片桥臂之间的节点为测量输出节点；所述第一参考桥臂与所述第一抗干扰电路单元之间的节点以及所述第二参考桥臂与所述第二抗干扰电路单元之间的节点为电桥驱动节点；所述第一抗干扰电路单元以及所述第二抗干扰电路单元，用于减小导线线缆及连接端子的接入而带来的测量干扰。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜景捷，彭华，李振，马秀敏，彭立国，
申请(专利权)人：中国地质科学院地质力学研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11