[发明专利]一种钻孔传感器防雷系统

说明书

本发明公开了一种钻孔传感器防雷系统，钻孔传感器装于井下，包括钻孔传感器电路控制单元和数据存储及通讯单元，钻孔传感器电路控制单元与井下钻孔传感器通过电缆连接，钻孔传感器电路控制单元与数据存储及通讯单元无线连接，钻孔传感器电路控制单元连接有直流供电电源，数据存储及通讯单元连接有交流供电电源。将地面仪器功能分离，使得在遭受雷击时，只损坏采用交流电的地面仪器部分，而井下传感器可以有效地避免或减少雷击对钻孔内传感器的伤害，从而解决雷击损坏井下传感器不易维修的问题。应用于地震前兆应变观测、矿山及其他工程测量等钻孔观测领域。

技术领域

本发明涉及一种钻孔传感器的防雷技术，尤其涉及一种钻孔传感器防雷系统。

背景技术

钻孔传感器应用于地震前兆应变观测、矿山及其他工程测量等钻孔观测领域。

目前，钻孔仪器观测系统如图1所示：

钻孔仪器观测系统(如体积式钻孔应变仪、分量式钻孔应变仪和钻孔倾斜仪器等)包括井下传感器和地面仪器两部分。钻孔内传感器完成观测信号的转换，通过电缆传送给地面仪器。地面仪器包括给井下传感器供电，数据采集、数据存储，通讯部分和电源等部分组成。井下探头通过电缆和地面主机相连，电缆主要包括供电电源此线、信号线和控制线等。主机供电主要是通过220伏交流电供电，主机也提供12伏电瓶供电插座，目的为了交流电停电时保证数据的连续正常观测。

雷击损坏主要是有220伏交流电引入。引入的通道一是220伏交流电供电通道；另外是通讯网络，由网络通讯RJ45线引入。

目前钻孔观测仪器所用的传感器主要有两种类型：压力传感器和电容式位移传感器。钻孔体应变采用压力传感器，钻孔倾斜仪和分量式钻孔应变仪采用电容位移传感器。压力传感器主要为半导体压电阻抗扩散压力传感器，原理是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力(压力)使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。

如果雷击后井下传感器损坏，不论是压力传感器，还是位移传感器由于耦合的原因均无法维修。

钻孔仪器工作时需要将传感器安装在井下近百米的钻孔中，并且需要将传感器与井下岩石通过水泥进行耦合。在工作过程中，如果传感器遭受雷击损坏，由于耦合原因，探头没有办法维修，只能通过钻机将传感器取出进行维修，维修后再进行安装，同时需要水泥进行重新耦合。遭受雷击损坏主要的问题是：一是取出、维修和重新安装费用比较高；二是需要的时间比较长，影响观测数据的连续性。

具体应用中，需要用膨胀水泥将探头耦合到井下岩孔内，如果工作时井下传感器遭到雷击损坏后，主要原因是井下探头采用电子电路放大结构，易遭雷击损坏，由于水泥固结使得探头不能够取出进行维修。如果需要恢复观测，只能靠钻井将井下探头钻出，进行维修后或更换重新安装，另外，这种高灵敏度的仪器重新安装后需要稳定时间非常长，恢复观测成本非常大。

现有技术中，行业内在台站开展防雷技术改造，采用的技术是采用在主机到传感器的电缆中间接电感、压敏电阻、放电管、瞬态二极管等防雷器件组成的电路模块，通过与大地相连的地线放电来实现。现有技术中存在的缺点主要是，对于感应雷具有一定的防护能力，如果是直击雷，或者感应雷比较剧烈，井下传感器非常容易损坏。多年的观测经验已说明了该方法的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻孔传感器防雷系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的钻孔传感器防雷系统，钻孔传感器装于井下，包括钻孔传感器电路控制单元和数据存储及通讯单元，所述钻孔传感器电路控制单元与井下钻孔传感器通过电缆连接，所述钻孔传感器电路控制单元与数据存储及通讯单元无线连接，所述钻孔传感器电路控制单元连接有直流供电电源，所述数据存储及通讯单元连接有交流供电电源。