专利名称：全自动智能化钻孔弹模测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩体静弹模测试设备，特别是一种全自动智能化钻孔弹模测试仪。
二背景技术：
在岩体原位静弹模测试手段中，模测试仪是常用之设备，目前，国外生产的钻孔弹 模测试仪有两类，一类是以橡胶膜结构测体积变化的三维弹模仪，另一类是以千斤顶结构 测位移的二维弹模仪。第一类产品有加拿大R0CTEST公司生产的Probex-l型岩石钻孔弹 模仪和日本0Y0公司生产的Elastmeter-2型钻孔弹模测试仪，二者均采用橡胶膜旁压工作 原理，最大工作压力分别为30MPa和20MPa，只适用于软岩，精度为0. Olmm。另一类产品为 古德曼千斤顶，采用钻孔千斤顶法工作原理，通过钢性承压板给钻孔施加一对径向压力，半 接触角为45° ，对其测试结果的准确性国内外目前争论较多。 国内长科院岩基所、岳阳奥成、中科院武汉岩土力学研究所都研制生产有钻孔千 斤顶类的钻孔弹模仪，市场占有率都不高，且普遍存在以下缺点 (1)位移量程较小。量程范围一般只有6 10mm，成孔过程中由于钻杆扰动而使
钻孔孔径偏大时往往会出现无法获取数据的现象； (2)压力测试为压力表读数(人工读数)，精度有限； (3)位移测试仅为数显表式读数，不能自动记录和判稳，自动化程度较低； (4)防水性能较差，工作过程中容易出现探头进水从而导致仪器损坏； (5)测试探头的外观设计不能完全符合理论要求；因此，其改进和创新势在必行。
三
实用新型内容针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型之目的就是提供一种新型的全 自动智能化钻孔弹模测试仪，可有效解决外观设计不能完全符合理论要求、位移量程小、 精度低、测试麻烦、防水性能差，易导致仪器损坏的问题，其解决的技术方案是，包括控制器 (主机)、测试探头和油泵，控制器经连接电缆同测试探头相连接，油泵经高压油管同测试 探头主体内的千斤顶相连，测试探头内的位移传感器、压力传感器、千斤顶和漏水报警器经 连接电缆同控制器相连，所说的千斤顶是由4个千斤顶活塞串接并同步伸縮的组合式双向 千斤顶，本实用新型结构新颖独特，科学，安装使用方便，密封性能好，自动化测试精度高， 是钻孔弹模测试仪上的创新。
四
图1为本实用新型的结构主视图。 图2为本实用新型的测试探头主视图。 图3为本实用新型的测试探头仰视图。 图4为图3中A-A向剖视图。[0014] 图5为图2中B-B向剖视图。 图6为图2中C-C向剖视图。 图7为图2中D-D向剖视图。 图8为图2中E-E向剖视图。
五具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作详细说明。 由图1-8所示，本实用新型包括控制器(主机)、测试探头和油泵，控制器1经连接电缆2同测试探头5主体相连接，油泵4经高压油管3同测试探头5内的千斤顶相连，测试探头内的位移传感器26、压力传感器、千斤顶和漏水报警器经连接电缆同控制器1相连，所说的千斤顶是由4个千斤顶活塞16串接并同步伸縮的组合式双向千斤顶。[0020] 所说的测试探头5为"宫灯"型，其结构是，探头主体27前部装有马蹄形套管28，其后部装有后盖30，探头主体27内装有由4个千斤顶活塞16串接并同步伸縮的组合式双向千斤顶，千斤顶两端的探头主体27内装有位移传感器26，探头主体27下部在位移传感器26的外面经压力传感器接口 23有压力传感器，压力传感器外面装有后盖30密封圈20，压力传感器尾端连接电缆接控制器，探头主体27外部装有防尘套6，防尘套6外部两侧分别装有活动承压板7、背部承压板29 ; 所说的活动承压板7经承压板固定孔8由螺钉24穿过防尘套6固定在千斤顶活塞16上；所说的位移传感器26经位移传感器固定孔32由螺钉固定在探头主体27内的位移传感器安装孔21内，并经位移传感器出线孔22及电缆总出线孔14接控制器，活动承压板7两端有位移传感器拉杆孔9，位移传感器拉杆经固定螺丝25装在活动承压板7上，并经移传感器出线孔22和电缆总出线孔14由连接电缆同控制器相连，探头主体27上端部中心有探头拉杆孔13，探头拉杆孔13周边分别有下油腔加工孔10、上油腔进油孔12、下油腔进油孔15和电缆总线孔14 ;所说的千斤顶外经千斤顶压板固定孔19由螺钉装有千斤顶压板18 ;所说的防尘套6经防尘套固定孔11由螺钉固定在千斤顶压板18上；所说的探头主体27内在千斤顶压板18下面配装有"弓"型的电缆总线槽17，用于存放电缆；所说的活动承压板7与4个千斤顶活塞之间由高强度(12. 9级)内六方螺栓连接，保证测试过程中承压板与活塞之间始终保持紧密接触，活动承压板7与位移传感器的滑动杆之间用塑胶螺丝连接，这样既能起到固定位移传感器滑动竿的作用，又能很好地解决承压板倾斜时对位移传感器的损伤。 本实用新型使用时，将测试探头置于钻孔31内，控制器、油泵置于地面，并经连接电缆和高压油管与测试探头相连通；所说的高压油管3为双向超高压油管分别连接测试探头和加压油泵，通过控制器(主机)实时显示工作压力、位移传感器工作情况和仪器工作电压、漏水报警等情况；探头主体内中心的4个双向活塞，在其两端安装的两个位移传感器用于测量由于千斤顶给钻孔孔壁加压而引起的孔径位移，并采用上油腔油路和下油腔油路的双重油路，加压油路的末端接位于探头后盖中的压力传感器，双向活塞行程分别可达16mm禾口 21mm。 本实用新型密封采用后盖密封圈密封，密封性好，在现有各类井中设备一个重要的难题就是其防水性能，因为探头中一般都安装有电子元件，一但进水，会造成测试探头不同程度的损坏，由于探头内部空间有限，安装的器件多，用普通方法无法给探头主体与后盖之间加上密封圈，一般的密封方法是在探头主体与后盖之间的螺丝上缠绕生胶带，但这种方法的密封效果往往不理想，本实用新型全自动智能化钻孔弹模测试仪采用把探头主体内部的电缆总线槽设计为"弓"型，给在探头主体与后盖之间加工密封圈留出了空间(见图8)，从而把位移传感器和压力传感器都密封在了后盖中，后盖与探头主体部分之间用密封圈密封，探头主体中裸露的信号电缆全部用环氧树脂密封覆盖，并配套防水电缆，使整套设备的防水性能大于5MPa。 本实用新型可以根据预设工作参数快速、准确的测量出钻孔被测部位岩体的压力 变形曲线，从而根据测试曲线计算弹性模量和变形模量，以保证使用效果和测量精度，其技术指标如下 ①位移测试精度0. 001mm ;[0026] ②位移测试线性度《0. 10% F S ;[0027] ③位移量程15mm、20mm ;[0028] ④可测孔径①75 ①110mm ;[0029] ⑤压力测试精度0. 175MPa ;[0030] ⑥最大压力75MPa、85MPa ;[0031] ⑦主机处理器Pentume IV ;[0032] ⑧内存512M; ⑨显示器10"高清液晶显示器； ⑩硬盘容量4GB (可扩展)； 操作系统winXP embed ; ⑩工作温度工业级； 供电方式交流或直流(12V)两种。
由上述情况并经实际试用可知，本实用新型具有以下有益技术效果 (1)自动化程度高，仪器的记录、判断和报警均根据仪器在开始测试前设定相应参
数自动控制、不需要手工记录任何数据； (2)探头设计独特、科学，符合测试原理，测试探头为"宫灯"型，孔壁的半接触角为12.5° ，这种设计在能保证测试过程中承压板与钻孔孔壁匹配良好的同时，使整个承压板上的受力更加均匀，测试数据更为可靠； (3)探头设备为75型探头和90型探头，其位移测试量程分别达到15mm和20mm，适应孔径范围大；位移测试精度为0. 001mm，位移的线性精度《0. 1% F S，压力测试精度为0. 175MPa，压力测试的线性精度为+/-0. 25% F S，数据采集精度高；[0042] (4)系统采用数据采集、显示、处理一体化，将测试数据、曲线进行了图表一体化显示，并实现和WORD软件的结合； (5)测试探头密封性能好，可承受最大达5MPa水压。 本实用新型可有效用于各类地质钻探中使用，应用面广，经济和社会效益巨大。
权利要求一种全自动智能化钻孔弹模测试仪，包括控制器、测试探头和油泵，其特征在于，控制器(1)经连接电缆(2)同测试探头(5)相连接，油泵(4)经高压油管(3)同测试探头(5)主体内的千斤顶相连，测试探头内的位移传感器(26)、压力传感器、千斤顶和漏水报警器经连接电缆同控制器(1)相连，所说的千斤顶是由4个千斤顶活塞(16)串接并同步伸缩的组合式双向千斤顶。
2. 根据权利要求1所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的测试探 头(5)为"宫灯"型，其结构是，探头主体(27)前部装有马蹄形套管(28)，其后部装有后盖 (30)，探头主体(27)内装有由4个千斤顶活塞(16)串接并同步伸縮的组合式双向千斤顶， 千斤顶两端的探头主体(27)内装有位移传感器(26)，探头主体(27)下部在位移传感器 (26)的外面经压力传感器接口 (23)有压力传感器，压力传感器外面装有后盖(30)密封圈 (20) ，压力传感器尾端连接电缆接控制器，探头主体(27)外部装有防尘套(6)，防尘套(6) 外部两侧分别装有活动承压板(7)、背部承压板(29)。
3. 根据权利要求2所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的活动承 压板(7)经承压板固定孔(8)由螺钉(24)穿过防尘套(6)固定在千斤顶活塞(16)上。
4. 根据权利要求1所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的位移传 感器(26)经位移传感器固定孔(32)由螺钉固定在探头主体(27)内的位移传感器安装孔(21) 内，并经位移传感器出线孔(22)及电缆总出线孔(14)接控制器，活动承压板(7)两端 有位移传感器拉杆孔(9)，位移传感器拉杆经固定螺丝(25)装在活动承压板(7)上，并经 移传感器出线孔(22)和电缆总出线孔(14)由连接电缆同控制器相连，探头主体(27)上端 部中心有探头拉杆孔(13)，探头拉杆孔(13)周边分别有下油腔加工孔(10)、上油腔进油孔 (12)、下油腔进油孔(15)和电缆总线孔(14)。
5. 根据权利要求1所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的千斤顶 外经千斤顶压板固定孔(19)由螺钉装有千斤顶压板(18)。
6. 根据权利要求2所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的防尘套 (6)经防尘套固定孔(11)由螺钉固定在千斤顶压板(18)上。
7. 根据权利要求2所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的探头主 体(27)内在千斤顶压板(18)下面配装有"弓"型的电缆总线槽(17)。
8. 根据权利要求2所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的活动承 压板(7)与4个千斤顶活塞之间由高强度内六方螺栓连接。
9. 根据权利要求2所述的全自动智能化钻孔弹模测试仪，其特征在于，所说的活动承 压板(7)与位移传感器的滑动杆之间用塑胶螺丝连接。
专利摘要本实用新型涉及全自动智能化钻孔弹模测试仪，可有效解决位移量小、精度差、测试麻烦、防水性能差易导致仪器损坏的问题，其解决的技术方案是，包括控制器、测试探头和油泵，控制器经连接电缆同测试探头相连接，油泵经高压油管同测试探头主体内的千斤顶相连，测试探头内的位移传感器、压力传感器、千斤顶和漏水报警器经连接电缆同控制器相连，所说的千斤顶是由4个千斤顶活塞串接并同步伸缩的组合式双向千斤顶，本实用新型结构新颖独特，科学，安装使用方便，密封性能好，自动化测试精度高，是钻孔弹模测试仪上的创新。
文档编号G01N3/00GK201526319SQ200920257618
公开日2010年7月14日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者周锡芳, 张毅, 李广超, 杨学亮, 杨红云, 毋光荣, 王旭明, 耿瑜平, 胡伟华, 蓝树猛, 裴少英, 谢向文, 郭玉松, 马若龙, 高拴会 申请人:黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院