Фотоупругий датчик Советский патент 1980 года по МПК E21C39/00 

I

Изобретение относится к области горного дела, а именно к приборам для измерения напряжений в горных породах.

По основному авт. св. № 578456 известен фотоупругий датчик для измерения напряжений в горных породах 1.

Этот датчик предназначен измерять напряжения, действующие в плоскостях, параллельных оси скважины, в которой он установлен, и ориентировочные - параллельно этой оси. Однако он не позволяет одновременно получать информацию о напряжениях, действующих в породе в этих же плоскостях, ко в направлениях непараллельных оси д-кважины.

Цель изобретения - увеличение объема получаемой информации.

Это достигается тем, что фотоупругий датчик снабжен круговой прокладкой, закрывающей зеркальный слой вокруг радиального отверстия, выполненного в цилиндрическом элементе.

Благодаря наличию радиального отверстия, играющего роль концентратора напряжений, и круговой прокладки, исключающей приклеивание к стенкам скважины участка боковой поверхности цилиндрического элемента, окружающего радиальное отверстие, в датчике вокруг радиального отверстия наблюдают дополнительную оптическую картину, по которой судят о двух экстремальных напряжениях, действующих в плоскости, нормальной к оси отверстия, т. е. параллельной оси скважины. При наличии двух радиальных отверстий, направленных под углом друг к другу, в датчике наблюдают две дополнительные оптические картины, по которым судят об экстремальных напряжениях в двух плоскостях, параллель10ных оси скважины, и т. д. В общем случае экстремальные напряжения непараллельны оси скважины и информация о них является дополнительной по отношению к информации, получаемой по известному фотоупругому

15 датчику.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, вид сбоку с разрезом в одну четверть; на фиг. 2 - то же, вид сверху с частичном разрезом по плоскости радиальных отверс20 тий; на фиг. 3 - ход лучей света при наблюдении устройства с помощью полярископа.

Фотоупругий датчик состоит из цилиндрического элемента I, конусного зеркала 2,

прокладок 3 и пластинки 4. К ней прикреплены элемент 1 и зеркало 2.

Цилиндрический элемент I изготовлен из оптически чувствительного материала ив нем выполнены осевое отверстие 5 и два радиальных отверстия 6. Боковая поверхность элемента 1 снабжена зеркальным слоем 7, причем последний на участках, окружающих радиальные отверстия, закрыт круговыми прокладками 3, изготовленными, например, из тонкой резины Прокладки 3 по их контуру приклеены к боковой поверхности цилиндрического элемента 1 клеем, обеспечивающим эластичное соединение. Конусное зеркало 2 снабжено зеркальным слоем 8 по внешней боковой поверхности и имеет угол при рсиоваиии 45°.

Для измерения напряжений датчик устанавливают в скважине 9 и приклеивают по боковой поверхности цйлинД{ иЧ(ескогб элемента I к ее стенкам слоем клея 10. При этом участки под прокладками 3 остаются неприклеенными к стенкам скважины.

В процессе совместного деформирования с окружаюп ей породой в цилиндрическом элементе I возникают напряжения, пропорциональные приросту напряжений в породе. При наблюдении датчика в поляризованном свете с помощью полярископа в нем можно видеть оптическую картину, состоящую нз двух участков, расположенных вокруг радиальных отверстий 6, и остальной части. При этом луч от источника света II, пройдя через поляризатор 12, четвертьволновую пластинку 13 и наклонную полупрозрачную пластинку 14, попадает в скважину 9 и далее на-зеркальный слой 8 конусного зеркала 2. Преломивщись под углом 90°, луч проходит через степку цилиндрического элемента I и, отразивщись от зеркального слоя 7, возвращается назад, в скважииу 9. Пройдя снова через наклонную полупрозрачную пластинку 14, четвертьволновую пластинку 15, анализатор 16 и собирательную линЗУ 17, луч света попадает в глаз наблюдателя.

По участку оптической картины, расположенному вдали от радиальных отверстий 6, судят о величине напряжения, действующего

в направлении, параллельном оси скважины. Оптическая картина иа участках вокруг радиальных отверстий 6 имеет следующие особенности. Поскольку боковая поверхность цилиндрического элемента 1 на участках, окружающих радиальные отверстия б, не приклеена к стенкам скважины и, следовательно, иа этих участках материал стенок цилиндрического элемента I свободно деформируется, то оптическая картина иа этих участках имеет две оси симметрии, ориентированные в направлениях двух экстремальных напряжений, действующий в плоскостях, нормальных к оси радиальных отверстий. Порядок изохром на этих участках пропорционален величине указанных напряжений. Таким образом, при наличии двух радиальных отверстий датчик позволяет получать помимо информации о величине напряжения, действующего в направлении, параллельном оси скважины, еще и дополнительную информацию о величине и направлении

экстремальных напряжений, не параллельных оси скважины, но действующий в двух плоскостях, параллельных оси скважины.

Формула изобретения

Фотоупругий датчик по авт. св. № 578456,, отличающийся тем, что, с целью увеличения объема получаемой информации, ои снабжен круговой прокладкой, закрывающей зеркаль. ный слой вокруг радиального отверстия, выполненного в цилиндрическом элементе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 578456, кл. Е 21 С 39/00, 1977. ,