[发明专利]水压致裂法原地应力测量数据采集系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种水压致裂法原地应力测量数据采集系统，主要用于水压致裂法测试过程中压力信号和流量信号的数据记录和采集。

 

背景技术

地应力测量是测量固体地球物理现象背后物理机制的力学基本参数，在地下隧道、铁路、公路、采矿工程围岩、高边坡及岩土开挖等地质工程中应用十分广泛。掌握准确的地应力时空分布特征和规律是分析固体地球物理问题的基础，也是地质工程问题稳定性研究和设计分析、实现岩土工程决策科学化的必要前提，因此地应力测量理论、方法及地应力场的研究，具有重要的科学意义。

通过测量发现，最大主应力的方向几乎都是接近水平的。在目前广泛应用的地应力测量方法中，只有地应力解除法和水压致裂法能提供水平应力的主应力大小和方向，其余地应力测量方法仅能提供主应力方向，不能提供主应力大小。而水压致裂法因其测量深度大、无需套芯、无需精密复杂的井下仪器、不依赖于岩石的应力—应变关系、所测得的是较大范围内的平均地应力值等突出的优点，得到科研工作者的青睐。

水压致裂法是低渗岩石在水压作用下微裂纹产生、扩展、贯通，直到宏观裂纹产生，并导致其致裂的过程，水压致裂法原地应力测量是通过在钻孔周围岩层中诱发人工裂缝来获取地应力的一种方法。其实质是利用一对可膨胀的橡胶封隔器在预定的测量深度封隔一段钻孔，然后通过注入流体对封隔段增压，致使孔壁及其周围岩体产生人工裂缝，同时利用仪器记录压力随时间的变化，根据压裂过程曲线的压力特征值就可得到测点附近原地应力的大小、方向及岩石的致裂压力、重张压力以及抗拉强度等力学参数，为分析地质工程问题稳定性等问题提供重要依据。

在早期，水压致裂法原地应力测试系统的数据记录和采集系统采用了磁带记录仪和表格记录仪，随着计算机存储技术的快速发展，从2002年起，逐步淘汰了磁带记录仪，采用表格记录仪和计算机快速数采记录仪系统。

现有的数据记录和采集系统存在以下问题：

（1）表格记录仪只能记录两路信号，记录速度和范围有限，与此同时，由于表格记录仪逐步被淘汰，且与表格记录仪有关的附属设施产品有关厂家均已经不再生产，导致表格记录仪的使用、维护和升级换代困难。

（2）初期的计算机快速数采记录仪系统也只能记录两路信号，而且信号受到工地现场发电机信号以及交流电脉冲信号的影响，记录曲线噪声非常大，采集信号十分不稳定，进而导致在曲线数据处理过程会产生较大的误差，并给后期记录数据的自动分析处理造成很大的困难。

（3）早期的数采系统均采用R232串行口来进行数据传输，而现在流行的计算机系统基本废除了R232串行口通讯协议，采用USB2.0或者USB3.0通讯协议，故需要对其进行改进以适应新的技术发展。

鉴于以上客观技术原因，非常有必要开发新一代的数据记录和采集系统。

 

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种水压致裂法原地应力测量数据采集系统，它实现了水压致裂法原地应力测量过程中三通道或者四通道同时数据采集，采集频率达5-10Hz，并实现了数据采集的平稳传输。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种水压致裂法原地应力数据采集系统，包括壳体和安装于壳体内的电路板，所述电路板上包括系统电源模块、过荷检测模块、输入模块、前置放大模块、低通滤波模块、高通滤波模块、数据采集器模块、输出模块，其特征在于：

本系统可接收外部三个传感器的输入，分别接收测试段压力数据、封隔器监测压力数据以及测试段流量数据，前置放大模块对上述接收到的数据进行放大处理，低通滤波模块和高通滤波模块先后对经放大处理后的数据进行滤波，将不符合需要的信号分量过滤，经过上述处理的数据信号传送至数据采集器模块并暂存，随后经输出模块输出至外部计算机。

本发明的水压致裂法原地应力测量数据采集系统可以实现以下功能：

（1）实现水压致裂法原地应力测量过程中三通道或者四通道同时数据采集，采集频率达5-10Hz，三个通道分别为测试段压力数据、封隔器监测压力数据、测试段流量数据，第四个通道为备用通道，为其它数据采集预留接口。

（2）数据采集过程中能够同时实现三个或者四个通道采集信号的低通和高通滤波，实现数据采集的平稳传输。

（3）数据采集系统能够提供12~15V外接直流电源。

（4）数据采集系统与计算机实行USB实时通讯，数据通过计算机存储。