устройство для измерения деформаций горных пород

Формула изобретения

Устройство для измерения деформаций горных пород, содержащее датчик, размещенный на несущем стержне, источник излучения, фокусирующую насадку, передатчик и приемник световой энергии с регистратором, связанные передающим и приемным волоконными световодами, отличающееся тем, что оно снабжено направляющей и приемной линзами, установленными в направляющих трубках, расположенными на оси вращения в фокусе друг друга, фиксирующим замком, установленным на конце несущего стержня, а регистратор снабжен счетчиком числа оборотов, анализатором и фотоприемником, причем датчик выполнен в виде оптической пластины с природной поляризацией, установленной во вращающейся в подшипниках трубе, связанной с приводным валом передаточным механизмом, ось вращения которой проходит через пересечение оптических осей оптической пластины, и снабжен распорным узлом, выполненным из двух прижимных роликов, связанных рычагами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и предназначено для измерения деформаций горных пород путем измерения смещений глубинных реперов, заложенных в скважинах.

Известен скважинный репер. Устройство содержит штангу и установленный на ней распорный узел, выполненный в виде втулок с пружиной между ними, установленных на оси, и двух расклинивающихся элементов, согласно изобретению каждая втулка выполнена в виде полувтулок, связанных между собой посредством торцевого шлицевого соединения, а расклинивающиеся элементы установлены на оси посредством полувтулок с возможностью осевого перемещения друг относительно друга, причем один из расклинивающихся элементов жестко связан с осью. Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, узкая область применения, а также периодичность действия (Заявка на изобретение РФ 95114199, Е 21 С 39/00, 27.10.1997).

Известно устройство для измерения деформаций горных пород, принятое за прототип. Устройство содержит приемник световой энергии в виде отражателя со светопроницаемым экраном и передатчик световой энергии в виде фокусирующей насадки из световолокон. К мерной ленте мерного прибора прикреплены приемный и передающий волоконные световоды. Их нижние торцы оптически связаны с приемником световой энергии и передатчиком, а лента - с верхним торцом световода. Оптическая призма прибора связана с верхним концом световода, а приемная поверхность фокусирующей насадки параллельна светоотражающей поверхности глубинного репера. В ходе работы устройства датчик перемещают вдоль скважины с реперами. На экране приемника световой энергии появляется световой сигнал. При этом отсчет снимают по ленте. После производства замеров в направлении забоя датчик вынимают и по результатам замеров определяют деформации массива. Недостатком данного устройства низкая точность измерений и узкая область применения, а также периодичность действия (Патент РФ 1351261, Е 21 С 39/00, 27.12.1995).

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений, а также расширение области применения устройств данного типа с возможностью непрерывного контроля процесса сдвижения.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения деформаций горных пород, содержащее датчик, размещенный на несущем стержне, источник излучения, фокусирующую насадку, передатчик и приемник световой энергии с регистратором, связанные передающим и приемным волоконными световодами, согласно изобретению снабжено направляющей и приемной линзами, установленными в направляющих трубках, расположенными на оси вращения в фокусе друг друга, фиксирующим замком, установленным на конце несущего стержня, а регистратор снабжен счетчиком числа оборотов, анализатором и фотоприемником, причем датчик выполнен в виде оптической пластины с природной поляризацией, установленной во вращающейся в подшипниках трубе, связанной с приводным валом передаточным механизмом, ось вращения которой проходит через пересечение оптических осей пластины, и снабжен распорным узлом, выполненным из двух прижимных роликов, связанных рычагами.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерений, а также расширить область применения устройств данного типа с возможностью непрерывного контроля процесса сдвижения.

Устройство для измерения деформаций горных пород поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена оптическая схема, разрез А-А, на фиг.2 изображен поперечный разрез датчика, разрез Б-Б, на фиг.3 изображен поперечный разрез датчика, разрез В-В, на фиг.4 изображен датчик с распорным узлом, вид А, на фиг.5 изображен общий вид устройства. На чертежах представлены:

1 - корпус датчика;

2 - оптическая пластина с природной поляризацией;

3 - труба, ось вращения которой проходит через пересечение оптических осей пластины с природной поляризацией;

4 - приемная линза;

5 - направляющая трубка приемной линзы;

6 - направляющая линза;

7 - направляющая трубка направляющей линзы;

8, 9 - подшипники;

10 - передаточный механизм;

11 - приводной вал;

12 - передающий волоконный световод;

13 - приемный волоконный световод;

14 - фокусирующая насадка;

15 - источник поляризованного светового излучения (например, лазер);

16 - фотоприемник;

17 - анализатор;

18 - счетчик числа оборотов;

19 - оптические оси пластины с природной поляризацией;

20 - порода;

21 - скважина;

22 - корпус репера;

23 - распорный узел;

24, 25 - прижимные ролики;

26 - несущий стержень;

27 - фиксирующий замок.

Устройство для измерений деформаций горных пород включает в себя датчик, который содержит корпус датчика 1, в который вставляют трубу 3 с возможностью вращения в подшипниках 8 и 9. В трубе 3 закрепляют оптическую пластину 2 с природной поляризацией, причем ось вращения трубы 3 проходит через пересечение взаимно перпендикулярных оптических осей 19 оптической пластины 2 с природной поляризацией. Вращение на трубу 3 передают от приводного вала 11 передаточным механизмом 10. В корпусе 1 закреплены передающий 12 и приемный 13 волоконные световоды, направляющая трубка 5 приемной линзы 4 и направляющая трубка 7 направляющей линзы 6, причем оси трубок 5 и 7 совпадают с осью вращения трубы 3. Направляющую линзу 6 источника оптического излучения и приемную линзу 4 оптического излучения располагают по обе стороны от оптической пластины 2 с природной поляризацией на оси, проходящей через центр пересечения оптических осей 19 оптической пластины 2 с природной поляризацией. Направляющую линзу 6 источника оптического излучения и приемную линзу 4 оптического излучения располагают в фокусе друг друга для обеспечения достаточного размера поляризационного поля. Датчик помещают в корпус репера 22, в котором размещают распорный узел 23, прижимные ролики 24 и 25. В корпусе репера 22 делают резьбу для ввинчивания несущего стержня 26.

Устройство для измерений деформаций горных пород работает следующим образом.

На конце скважины 21 помещают фиксирующий замок 27, в который затем ввинчивают несущий стержень 26, на котором размещен корпус репера 22. С помощью распорного узла 23 прижимные ролики 24 и 25 вводят в контакт с породой 20. При перемещении пород прижимной ролик 25 начинает вращаться и передавать момент при помощи передаточного узла на приводной вал 11, который в свою очередь приводит в движение датчик.

Работа датчика основана на принципе постоянства оптической поляризации в материале с природной поляризацией. При вращении оптической пластины 2 будет одновременно вращаться поляризационное поле, создаваемое лучом лазера. В предлагаемой конструкции прибора оптическая пластина 2 помещена в трубу 3, которая вращается вокруг своей оси в подшипниках 8 и 9. На трубе 3 размещен передаточный механизм 10, соединенный с приводным валом 11. Создание поляризационного светового поля производится источником поляризованного светового излучения (например лазером) 15 с помощью фокусирующей насадки 14 по передающему волоконному световоду 12 к направляющей линзе 6. Считывание вращающегося поляризационного поля производится приемной линзой 4, приемным волоконным световодом 13, фотоприемником 16, анализатором 17 и счетчиком числа оборотов 18. По числу оборотов оптических осей 19 оптической пластины 2 с природной поляризацией, являющейся чувствительным элементом, фиксируемых фотоприемником 16, анализатором 17 с помощью счетчика числа оборотов 18 определяют величину деформации горных пород.

Применение устройства для измерения деформаций горных пород обеспечивает следующие преимущества:

- повышение точности, оперативности и достоверности измерений;

- расширение области применения данного вида устройств;

- возможность осуществления автоматизированного непрерывного контроля;

- дистанционное снятие сигнала с устройства;

- возможность многократного применения устройства;

- возможность работы во взрывоопасной среде.