技术摘要：
本发明提供室内模拟震后断层渗流愈合过程的多物理量测量系统，其包括：混合电源系统；多物理量前置放大器，其将模拟量小信号转换为模拟量大信号；多通道模拟数字转换器前端差分调理电路，其将模拟信号转换为双端差分信号，滤除信号中的共摸噪声；多通道模拟数字同步转  全部
背景技术：
地震断层活动导致断层带岩石破碎并产生大量裂隙。震后与间震期内，压实蠕变 及流体与岩石间的相互作用使断层带逐渐愈合，断层强度逐渐恢复。随着断层的愈合。断层 带中的流体压力也会随之演化。断层带流体压力的变化具有重要的动力学意义。近年来,无 论是野外断层观测,  还是实验室内的研究均证实了震后断层的愈合过程及其与地震周期 的联系。主要表现为如下两个相互制约的过程：一是压实、溶解沉淀、胶结及水岩反应等物 理化学作用使断层逐渐愈合、强度逐渐恢复；二是随着裂隙愈合，断层带的渗透性逐渐降 低，高压流体逐渐积累并导致有效压力降低，当差应力和流体压力达到一定临界值时断层 发生失稳两者共同作用导致地震的周期性复发，因此,研究震后断层带的愈合过程，对判断 断层强度恢复，约束地震周期及其复发具有重要意义。 控制断层愈合过程的重要因素之一是压实蠕变。尤其是松散的断层泥及角砾岩 等，在震后阶段会经历明显的压实作用。评估压实蠕变对愈合作用的关键数据是样品变形 量、流体压力、环境温度等参数。控制断层愈合过程的另一个重要因素之一是温度，温度越 高、差应力越大、断层愈合速度越。控制断层愈合过程的另一个重要因素之一是时间，由于 天然条件下的地震断层愈合过程十分缓慢，为几年至几十年不等，且天然断层跨度非常大 (几公里到几十公里)，对地震断层愈合过程的观测十分不利。样品在发生压实蠕变时的变 形量非常微小且变化过程非常缓慢，因此表征断层愈合过程及速度的各种物理量变化趋势 呈现压实蠕变，这就需要测量系统具备超低采样率能力和超长时间观测能力以避免断层愈 合过程长时间实验时产生过大的数据量并保证观测记录数据的连续性。 具体观测时，断层渗透率及岩石变形量可用高精度位移测量来实现，同时需要考 虑位移测量受高温高压条件的影响；温度对断层愈合速度的影响观测须用高精度温度传感 器来实现；断层内的孔隙压及差应力观测可通过高精度线性流体压力传感器来获得。这三 种物理量在蠕变条件下的连续实时观测需要在时间标尺上进行统一，即测量系统不能存在 观测时钟上的微小误差。综上所述，室内模拟震后断层渗流愈合过程时就需要一套多物理 量在采样时钟尺度上时间对齐的高精度连续实时检测系统，该系统可在超低采样率下采集 断层渗流愈合过程中缓慢变形即蠕变情况下的各种表征物理量(位移、流体压力、温度等)。 目前，国内市场上的位移测量设备有很多，主要分为三种：激光干涉测量位移系 统、位移传感器测量系统和CCD相机测量位移应变系统。前者产品相当成熟，如皮米精度激 光干涉仪IDS3010，其虽然精度很高可达皮米级别，但是依赖于激光干涉技术，需要被测试 件无遮挡，对于有遮挡的围压和孔隙压加载系统的室内模拟的断层震后愈合过程并不适 合。基于位移传感器的位移测量系统在市场上主要为LVDT测位仪，如哈尔滨溶智納芯科技 有限公司生产的MDS系列LVDT测位仪，其检测重复性仅为0.15微米，非线性达到了0.5微米， 4 CN 111579462 A 说　明　书 2/13 页 且只能工作在低温(45℃)  条件下，只有一个检测通道，也不适用于室内模拟的断层震后愈 合研究的长时间实验。CCD相机测量位移应变系统和激光干涉测量位移系统应用场合一样 需要被测试件无遮挡，同样不适用于本实验研究，最重要的一点是上述这三种位移测量系 统都只能采集常温常压下的位移物理量，对高温高压条件下断层震后愈合过程中的各种物 理量包括位移、温度、压力等物理量参数缺乏对应的检测能力。 综上所述，确有必要提供一种室内模拟震后断层渗流愈合过程的多物理量测量系 统。
技术实现要素：
鉴于现有技术中的上述问题，提出了本发明。本发明旨在提供一种室内模拟震后 断层渗流愈合过程的多物理量测量系统包括：混合电源系统，其包括模拟电源和数字电源； 多物理量前置放大器，其将模拟量小信号转换为模拟量大信号；多通道模拟数字转换器前 端差分调理电路，其将模拟信号转换为双端差分信号，滤除信号中的共摸噪声；多通道模拟 数字同步转换电路，其包括多通道模拟数字转换器以同步采集多物理量；中央控制器逻辑 电路，其包括现场可编程逻辑门阵列芯片以实现数字逻辑控制，所述现场可编程逻辑门阵 列芯片接收来自多通道模拟数字同步转换电路的串行数字信号，并在内部将其解析成12通 道数字量，并用乒乓存储的方式将12通道数字量存储在存储空间，等待上行USB传输命令的 到达，并开始传输数据；以及USB传输电路，其可以实现用户计算机与中央控制器逻辑电路 之间的数据传输。 本发明提供的室内模拟震后断层渗流愈合过程的多物理量高精度测量系统采用 可调同步采样率，其调整范围为0.56秒/采样点至半小时/采样点以便胜任不同岩石蠕变速 度时的渗流愈合实验。当观测系统采用高速采样率-0.56秒/采样点时，系统可实时快速查 看当前多物理量变化趋势，若观测系统采用最慢采样率至约半小时/采样点时，系统可长时 间记录极慢蠕变情况下的物理量趋势(1年至2年)，从而精简记录到的数据量以方便后续数 据分析使用。 附图说明 图1是示出根据本发明实施例的测量系统的具体架构； 图2A是示出根据本发明实施例的正15V模拟电源的电路图； 图2B是示出根据本发明实施例的正5V模拟电源的电路图； 图2C是示出根据本发明实施例的负15V模拟电源的电路图； 图2D是示出根据本发明实施例的负5V模拟电源的电路图； 图3是示出根据本发明实施例的数字电源的电路图； 图4A是示出根据本发明实施例的正15V模拟电源噪声； 图4B是示出根据本发明实施例的负15V数字电源噪声； 图5是示出根据本发明实施例的位移模拟信号调理电路； 图6是示出根据本发明实施例的压力模拟信号调理电路； 图7是示出根据本发明实施例的温度模拟信号调理电路； 图8是示出根据本发明实施例的多通道模拟数字转换器前端差分调理电路； 5 CN 111579462 A 说　明　书 3/13 页 图9A是示出根据本发明实施例的12通道模拟量同步采集转换电路的主转换器； 图9B是示出根据本发明实施例的12通道模拟量同步采集转换电路的副转换器； 图10是示出根据本发明实施例的多通道物理量模拟信号的乒乓采集存储逻辑示 意图； 图11是示出根据本发明实施例的中央控制器逻辑电路芯片和cy7c68013A控制器 之间的总线接线示意图； 图12是示出根据本发明实施例的中央控制器逻辑电路内部的采集数据的上行传 输逻辑示意图； 图13是示出根据本发明实施例的整个上位机控制/采集软体的工作流程图； 图14是示出根据本发明实施例的上位机控制/采集软体的实际界面。 图15是示出根据本发明实施例的用于实现所述多物理量测量系统的加温加压装 置。 图16A是示出根据本发明实施例的为压力容器中液体施加给1至9  号岩石样品的 周向围压和岩石样品自身的孔隙压变化趋势图。 图16B是示出根据本发明实施例的高温炉加温施加给压力容器的温度，即样品所 处环境温度。 图16C是示出根据本发明实施例的1至9号岩石样品的轴向相对位移变化量趋势 图。