專(zhuān)利名稱(chēng)：不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種水合物聲響應(yīng)模擬的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
天然氣水合物廣泛分布于世界大陸邊緣海底沉積物和永久凍土地帶，由于需要極為苛刻的溫度、壓力條件，水合物樣品的采集往往比較困難，獲取的樣品尺寸可能大小不一，如在獲取的各類(lèi)樣品中進(jìn)行水合物的重生成實(shí)驗(yàn)，并在水合物生成和分解過(guò)程中探測(cè)其物理性質(zhì)(如聲學(xué)特性)，具有較大的難度。但對(duì)各類(lèi)實(shí)際樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)研究水合物的形成機(jī)理和地球物理響應(yīng)特征具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值，如何滿(mǎn)足各類(lèi)樣品在同一裝置中進(jìn)行水合物的形成實(shí)驗(yàn)，并在水合物生成和分解過(guò)程中探測(cè)其飽和度與聲學(xué)參數(shù)，主要取決于實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與制造。目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行水合物聲學(xué)響應(yīng)研究的實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)裝置大多對(duì)單一尺寸的樣品進(jìn)行研究，適合于對(duì)人工沉積物或易于采集的野外樣品進(jìn)行水合物聲學(xué)響應(yīng)特征研究，如英國(guó)南安普頓大學(xué)和我國(guó)青島海洋地質(zhì)研究所采用的裝置，分別研究了天然砂和人工燒制的固結(jié)巖心中水合物飽和度與聲速的關(guān)系；部分實(shí)驗(yàn)室可以研究不同長(zhǎng)度樣品的聲學(xué)特性，但不能改變樣品直徑。但由于含水合物樣品的獲取難度大，因?yàn)槠錁悠烦叽绮蛔愣艞壯芯柯晫W(xué)特性等物性參數(shù)，對(duì)水合物研究是一種損失。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置，其可適應(yīng)不同尺寸樣品的實(shí)驗(yàn)，并同時(shí)進(jìn)行聲學(xué)與TDR探測(cè)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案其包括高壓反應(yīng)釜，高壓反應(yīng)釜側(cè)面設(shè)置通孔，通孔與壓力控制系統(tǒng)連接，水合物沉積物設(shè)置在高壓反應(yīng)釜中，水合物沉積物的上下兩側(cè)分別設(shè)有聲學(xué)換能器，水合物沉積物內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針，聲學(xué)換能器、時(shí)域反射探針?lè)謩e通過(guò)數(shù)字采集卡與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有固定桿，固定桿卡在上側(cè)的聲學(xué)換能器頂端；高壓反應(yīng)釜設(shè)置在溫控箱內(nèi)。高壓反應(yīng)釜包括外筒體、內(nèi)筒體，內(nèi)筒體放置在外筒體內(nèi)，水合物沉積物設(shè)置在內(nèi)筒體中。高壓反應(yīng)釜的外筒體可安裝直徑不同的內(nèi)筒體，以適應(yīng)不同直徑尺寸的沉積物樣品。固定桿的長(zhǎng)度可調(diào)整，樣品高度的變化則可通過(guò)可變長(zhǎng)度頂桿來(lái)適應(yīng)。探測(cè)系統(tǒng)由聲學(xué)探測(cè)技術(shù)(彎曲元技術(shù)或傳統(tǒng)超聲技術(shù))與TDR技術(shù)組成，可同時(shí)進(jìn)行聲學(xué)參數(shù)和水合物飽和度的探測(cè)。其中聲學(xué)探測(cè)包括縱、橫波一體化的發(fā)、收換能器一對(duì)，采用加拿大GaGe公司的高速數(shù)據(jù)采集卡，提高超聲探測(cè)靈敏度。TDR探測(cè)采用Campbell公司的TDR100儀確定樣品中天然氣水合物的飽和度。本實(shí)用新型的內(nèi)筒體是最核心的部件，由聚四氟乙烯制作的，經(jīng)過(guò)特別的設(shè)計(jì)與加工，使內(nèi)筒體可適應(yīng)不同尺寸樣品的實(shí)驗(yàn)，并同時(shí)進(jìn)行聲學(xué)與TDR探測(cè)。本工作通過(guò)特別的設(shè)計(jì)，將不同直徑的內(nèi)筒體和不同長(zhǎng)度的固定桿結(jié)合起來(lái)，可以針對(duì)不同長(zhǎng)度和粗細(xì)的水合物沉積物樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)將傳統(tǒng)超聲探測(cè)技術(shù)、彎曲元聲學(xué)探測(cè)技術(shù)和時(shí)域反射技術(shù)(TDR)結(jié)合在一起，可滿(mǎn)足不同類(lèi)型沉積物的測(cè)量需要，對(duì)每個(gè)樣品均可在同一系統(tǒng)中同時(shí)探測(cè)其水合物飽和度與縱橫波速度，在水合物地球物理研究中更具實(shí)用價(jià)值。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.高壓反應(yīng)釜；2.外筒體；3.內(nèi)筒體；4.時(shí)域反射探針；5.聲學(xué)換能器；
6.固定桿；7.通孔；8.壓力控制系統(tǒng)；9.數(shù)字采集卡；10.計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；11.溫控箱；12.水合物沉積物。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型的不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置，包括高壓反應(yīng)釜1，高壓反應(yīng)釜I側(cè)面設(shè)置通孔7，通孔7與壓力控制系統(tǒng)8連接，水合物沉積物12設(shè)置在高壓反應(yīng)釜I中，水合物沉積物12的上下兩側(cè)分別設(shè)有聲學(xué)換能器5，水合物沉積物12內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針4，聲學(xué)換能器5、時(shí)域反射探針4分別通過(guò)數(shù)字采集卡9與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10連接；高壓反應(yīng)釜I內(nèi)設(shè)有固定桿6，固定桿6卡在上側(cè)的聲學(xué)換能器5頂端；高壓反應(yīng)釜I設(shè)置在溫控箱11內(nèi)。高壓反應(yīng)釜I包括外筒體2、內(nèi)筒體3，內(nèi)筒體3放置在外筒體2內(nèi)，水合物沉積物12設(shè)置在內(nèi)筒體3中。固定桿6的長(zhǎng)度可調(diào)整。其中高壓反應(yīng)釜蓋上安裝九針密封柱和金屬固定桿6，分別用于接探測(cè)裝置的信號(hào)線(xiàn)和頂壓或固定聲學(xué)換能器5;高壓反應(yīng)釜I內(nèi)有一能方便拿出的內(nèi)筒體3，內(nèi)筒體3由聚四氟乙烯經(jīng)特別的設(shè)計(jì)與加工制作而成，通過(guò)更換不同直徑的內(nèi)筒體3和不同長(zhǎng)度的固定桿6，可適應(yīng)各種不同尺寸水合物沉積物12的實(shí)驗(yàn)。水合物沉積物12放入內(nèi)筒體3中與之緊密接觸。內(nèi)筒體3的上面沒(méi)有蓋，底面及側(cè)面的上、下部各有一孔，水合物沉積物12的上、下面連接聲學(xué)換能器5，保證可以收到聲波換能器發(fā)出的聲波。在內(nèi)筒體3的內(nèi)壁有一環(huán)型金屬片連接時(shí)域反射探針4，可同時(shí)進(jìn)行聲學(xué)與TDR探測(cè)。聲學(xué)信號(hào)與TDR探測(cè)信號(hào)經(jīng)數(shù)字采集卡9直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。把盛水合物沉積物的反應(yīng)釜I放入溫控箱11中，采用水冷與風(fēng)冷結(jié)合的方法制冷。在反應(yīng)釜的進(jìn)氣管道上裝有壓力表，用來(lái)檢測(cè)氣壓變化。通過(guò)壓力傳感器及熱電偶，在計(jì)算機(jī)上可監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜及沉積物的壓力及溫度變化。本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同尺寸含水合物樣品進(jìn)行聲學(xué)與TDR兩種先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)探測(cè)。當(dāng)使用時(shí)，其具體步驟為(I)根據(jù)樣品尺寸選擇合適的內(nèi)筒體3和固定桿6長(zhǎng)度，把水合物沉積物12放入內(nèi)筒體并加水至飽和。(2)安裝好各種探測(cè)裝置。(3)整個(gè)系統(tǒng)抽真空后，加入一定壓力的氣體，靜置，使氣體溶于水溶液。(4)啟動(dòng)降溫系統(tǒng)，使水合物生成。(5)探測(cè)、記錄各種參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)裝置操作方便、安全。在實(shí)際工作中根據(jù)需要可更換不同直徑的內(nèi)筒和調(diào)節(jié)頂桿長(zhǎng)度進(jìn)行不同尺寸樣品的聲學(xué)探測(cè)和時(shí)域反射(TDR)探測(cè)。
權(quán)利要求1.一種不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置，包括高壓反應(yīng)釜(1)，高壓反應(yīng)釜(I)側(cè)面設(shè)置通孔(7)，通孔(7)與壓力控制系統(tǒng)(8)連接，水合物沉積物(12)設(shè)置在高壓反應(yīng)釜(I)中，其特征在于，水合物沉積物(12)的上下兩側(cè)分別設(shè)有聲學(xué)換能器(5)，水合物沉積物(12)內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針(4)，聲學(xué)換能器(5)、時(shí)域反射探針(4)分別通過(guò)數(shù)字采集卡(9)與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(10)連接；高壓反應(yīng)釜(I)內(nèi)設(shè)有固定桿(6)，固定桿(6 )卡在上側(cè)的聲學(xué)換能器(5 )頂端；高壓反應(yīng)釜(I)設(shè)置在溫控箱(13 )內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置，其特征在于，高壓反應(yīng)釜(I)包括外筒體(2)、內(nèi)筒體(3)，內(nèi)筒體(3)放置在外筒體(2)內(nèi)，水合物沉積物(12)設(shè)置在內(nèi)筒體(3)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置，其特征在于，固定桿(6)的長(zhǎng)度可調(diào)整。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種水合物聲響應(yīng)模擬的實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型的不同尺寸樣品中水合物聲響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的自適應(yīng)裝置，包括高壓反應(yīng)釜，高壓反應(yīng)釜側(cè)面設(shè)置通孔，通孔與壓力控制系統(tǒng)連接，水合物沉積物設(shè)置在高壓反應(yīng)釜中，水合物沉積物的上下兩側(cè)分別設(shè)有聲學(xué)換能器，水合物沉積物內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針，聲學(xué)換能器、時(shí)域反射探針?lè)謩e通過(guò)數(shù)字采集卡與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有固定桿，固定桿卡在上側(cè)的聲學(xué)換能器頂端；高壓反應(yīng)釜設(shè)置在溫控箱內(nèi)。本發(fā)明可滿(mǎn)足不同類(lèi)型沉積物的測(cè)量需要，對(duì)每個(gè)樣品均可在同一系統(tǒng)中同時(shí)探測(cè)其水合物飽和度與縱橫波速度，在水合物地球物理研究中更具實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N29/04GK202676668SQ20122023203
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者胡高偉, 程軍, 業(yè)渝光, 劉昌嶺 申請(qǐng)人:青島海洋地質(zhì)研究所