一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法
2023-06-21 21:00:51 1
一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法
【專利摘要】本發明公開一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，是指在一個熱解環境中，構造條光路，利用太赫茲波沿此光路穿過熱解反應物，然後為光譜儀所接收，用光譜時域信號所發生的變化對熱解反應物進行跟蹤分析；當測量固體反應物時，所構造的光路是：讓太赫茲波在一次測量行程中，光波沿固體反應物某一測量點的同一維度，在兩個不同時刻，分別從正、反兩方向分別穿過；當測量氣體反應物時，所構造的光路有兩種，一，讓太赫茲波在一次測量行程中，從單一方向穿過氣體；二，讓太赫茲波在一次測量行程中，在兩個不同時刻分別從正、反兩方向分別穿過氣體。本發明能夠利用太赫茲光譜對熱解反應進行跟蹤，通過分析太赫茲光譜獲取熱解反應信息。
【專利說明】一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法
【技術領域】
[0001]本發明關於油頁巖熱解分析技術，尤其涉及一種利用光學方法研究油頁巖熱解方法，該方法能夠準確對油頁巖熱解反應的變化情況進行實時跟蹤分析，有利於研究油頁巖的特性。
【背景技術】
[0002]熱解反應是一類重要的反應類型，是指物質在受熱的條件下發生分解的反應，在科學研究、化學工業都有重要的應用。有機物、無機物都有熱解反應，利用熱解反應可以研究反應物的物理、化學性質，有助於判別反應物在反應過程中所處的狀態，也有助於理解反應物的成份、組成。
[0003]油頁巖是由有機物和無機礦物質構成的可燃性有機巖石，其有機物以乾酪根的形式存在，熱解油頁巖是獲得頁巖油和研究油頁巖組成成分的重要手段。
[0004]動力學分析是研究熱解反應的傳統方法之一，通過熱解實驗獲取動力學參數進而建立模型，從而在理論上模擬和分析反應過程。這種方法需要藉助專門的熱天平來完成，通過測定物質質量與時間的關係(TG曲線)，可以求解得到熱力學參數，因此又被稱為熱重分析法。熱重分析法的缺點主要在於影響因素多，試樣量、試樣皿、氣氛、升溫速率、揮發物冷凝、浮力等都會對TG曲線產生影響。
[0005]XRD (X射線衍射)法也是研究熱解反應的傳統方法之一，但由於射線能量高，容易對樣品結構造成損壞。
[0006]SEM掃描電鏡法也是研究物質結構的傳統方法之一，也可以用來研究油頁巖的熱解反應，但是SEM需要對樣本做處理，保證樣本表面導電，否則無法對油頁巖熱解反應的過程實現跟蹤。
[0007]太赫茲波(THz)是頻率範圍處於0.1THz?IOTHz的電磁波，屬於遠紅外波段，具有較低的光子能量(ITHz對應的光子能量為4.14meV)，與X射線衍射技術相比較，太赫茲波不會因為電離而造成樣品的損壞。另外，太赫茲波脈衝具有皮秒級脈寬(一皮秒等於10_12秒)，分子振動、轉動，分子間作用力、氫鍵等一些弱的相互作用都有一定的固有頻率，若外場頻率與一種分子作用的固有頻率接近，則外場能量會被顯著地吸收。太赫茲波段覆蓋了有機分子以上各種弱相互作用的固有頻率，在太赫茲波作用於有機物時，特定頻率的波將被顯著吸收，探測經過物質透射或反射的太赫茲波能夠鑑別物質成分。而油頁巖官能團分子振動的時間量級為是10_9 — 10_15s，因此可以利用太赫茲時域光譜技術捕捉油頁巖熱解時官能團化學鍵斷裂生成自由基及其穩定聚合的特性，基於太赫茲波脈衝的這種特性，可以彌補X射線所不能捕捉到的官能團瞬間變化特性。目前尚缺少應用太赫茲波進行油頁巖熱解分析的技術。
【發明內容】
[0008]為了獲得油頁巖更好的研究，本發明目的是提出一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法。該方法利用太赫茲波特性，將太赫茲光譜分析技術應用到熱解反應的研究領域，跟蹤各種條件下(溫度、壓力、加熱速率、反應時間等)油頁巖熱解過程的變化情形，用太赫茲時域信號捕捉熱解產物在皮秒量級的超快動態運動過程，通過太赫茲時域信號的強度及相位變化表徵油頁巖結構變化的動力學特徵。
[0009]為實現上述目的，本發明採取以下技術方案:
[0010]一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:在一個熱解環境中，構造條光路，利用太赫茲波沿此光路穿過熱解反應物，然後為光譜儀所接收，用光譜時域信號所發生的變化對熱解反應物進行跟蹤分析；當測量固體反應物時，所構造的光路是:讓太赫茲波在一次測量行程中，光波沿固體反應物某一測量點的同一維度，在兩個不同時刻，分別從正、反兩方向分別穿過，然後射出；當測量氣體反應物時，所構造的光路有兩種，選擇其一:
[0011]一，讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，從單一方向穿過氣體，然後射出；
[0012]二，讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，在兩個不同時亥|J，分別從正、反兩方向分別穿過氣體，然後射出。
[0013]進一步講:
[0014]所述的熱解環境，是指設定的溫度和壓力環境，所述溫度環境為固定的溫度條件或變化的溫度條件之一；所述氣壓環境為固定的氣壓條件或變化的氣壓條件之一。
[0015]所述的熱解環境中，通入的氣體是惰性氣體。
[0016]其中，構造測量固體反應物的光路的方法之一是:
[0017]設置一密閉隔熱的箱體，在箱體的兩相對側壁上，開設有兩個供太赫茲波射入、射出的太赫茲透射窗；一旋轉夾具臺，轉動設置在箱體內，旋轉夾具臺上設置有樣品槽，槽中樣品隨旋轉夾具臺的擺動而擺動；一反射鏡組布置在旋轉夾具臺的兩側，由四面反射鏡組成，擺放的位置關係滿足:從一個太赫茲透射窗入射的太赫茲波，在四面反射鏡的反射下形成形光路，對擺動的樣品往返兩次透射，最終從另一個太赫茲透射窗射出。
[0018]所述四面反射鏡的具體位置關係是:
[0019]第一、第二反射鏡與第三、第四反射鏡，兩兩為一組分置於旋轉夾具臺的兩側，鏡面與水平面垂直；
[0020]第一反射鏡、第二反射鏡分別側對兩個太赫茲透射窗但傾斜方向相反，反射面與太赫茲透射窗平面的夾角均為銳角α ；
[0021]第三反射鏡與第二反射鏡傾斜方向相同，但第三反射鏡的反射面與箱體側壁的夾角為 180° -3，其中@=90° 1，且@〈45° ；
[0022]第四反射鏡與第一反射鏡傾斜方向相同，但第四反射鏡的反射面與箱體側壁的夾角為 180° -β，其中 β = 90° -α，且 β〈45°。
[0023]其中，構造測量固體反應物的光路的方法之二是:
[0024]設置一箱體、一平移夾具臺、一反射鏡組；箱體的兩個相對側面上，設置有太赫茲波入射窗和出射窗；平移夾具臺水平滑動地設置在箱體中，夾具臺上固定有樣品；反射鏡組，包括四面反射鏡，兩兩分置於平移夾具臺的兩側，鏡面與水平面垂直，以一定角度安裝，位置關係滿足:從入射窗進入的太赫茲波，在四面反射鏡的反射下形成「幾」字形光路，對移動的樣品往返兩次透射，最終從出射窗射出。[0025]進一步講，在反射鏡組中，位於平移夾具臺同一側的兩面鏡子，均成90°夾角擺置，平移夾具臺兩側的兩組鏡子90°夾角方向一致，且每一面鏡子鏡面均面向平移夾具臺。
[0026]其中，構造正、反兩方向穿過測量氣體的光路的方法之一是:
[0027]設置一氣密性的隔熱箱體,一樣品投放機構,一反射鏡機構；樣品投放機構豎直設置在箱體中間部位，反射鏡機構分為兩組，分置於樣品投放機構的兩側，每一反射鏡組包括兩個相互垂直的、通過轉軸聯動的鏡子，在兩組反射鏡中，鏡面都垂直於水平面，且鏡面都傾斜朝向投放機構，其中一組的鏡面還傾斜的朝向箱體側壁；在鏡面傾斜朝向的箱體側壁上，分別開設一太赫茲入射窗和出射窗。
[0028]其中，構造正、反兩方向穿過測量氣體的光路的方法之二是:
[0029]設置一氣密箱，一樣品投放機構，一反射鏡；氣密箱的一側開設有太赫茲透射窗，樣品投放機構成水平式設置在箱體內，在樣品投放機構的上方或下方，設置所述反射鏡，透射鏡的反射面與水平面垂直，且該反射面與透射窗相對。
[0030]其中，構造光單方向穿過測量氣體的光路的方法是:設置一密閉的箱體，在相對的兩側開設有透射窗，一個為入射窗，一個為出射窗，熱解樣品置於空間內，入射窗與出射窗處於同一高度，且都高於樣品放置高度。
[0031]本發明由於採取以上技術方案，獲得的有益效果是:可以將熱解反應和太赫茲光譜技術緊密聯繫起來，可以在熱解反應的過程中利用太赫茲光譜儀實時跟蹤反應進程。以往只能單獨進行熱解反應，無法與光路銜接實現光譜測量，或者可以進行太赫茲光譜測量但無法同時進行熱解反應，本發明的設計克服了以往的缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為光波從同一測量點正、反兩方向穿過的示意圖；
[0033]圖2為光波從單一方向穿過氣體的光路示意圖；
[0034]圖3為光波先後從氣體空間正、反兩方向分別穿過的光路示意圖；
[0035]圖4為本發明第一實施例裝置的結構示意圖；
[0036]圖5為本發明第一實施例中旋轉夾具臺的結構示意圖；
[0037]圖6-1為本發明第一實施例中光路與旋轉夾具臺的位置關係圖一；
[0038]圖6-2為本發明第一實施例中光路與旋轉夾具臺的位置關係圖二 ；
[0039]圖7為本發明第二實施例裝置的結構示意圖；
[0040]圖8為本發明第二實施例中平移夾具臺的結構示意圖；
[0041]圖9-1為本發明第二實施例中光路與平移夾具臺的位置關係圖一；
[0042]圖9-2為本發明第二實施例中光路與平移夾具臺的位置關係圖二 ；
[0043]圖10為本發明第三實施例裝置的結構示意圖；
[0044]圖11為本發明第四實施例裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0045]為了使本發明所要解決的技術問題，以及相應採取的技術方案和獲得的有益效果更加清楚明白，下面結合附圖對本方法進行詳細的描述。
[0046]本發明提供一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，是指利用太赫茲波穿過熱解反應物，用光譜時域信號所發生的變化對熱解反應物進行跟蹤分析。它的基本構思是，構造一個熱解環境，在熱解環境中，設計一條太赫茲波光路，使得太赫茲波透射過反應物，然後為光譜儀所接收，根據熱解環境條件，利用光譜的變化特性測量熱解反應物的特徵。
[0047]根據跟蹤對象的不同，所設計的光路也不同，使得太赫茲波透射過反應物的過程也不同。當跟蹤的是固體反應物時，所構造的光路是:讓太赫茲波在一次測量行程中(同一束波從入射到出射為一個行程)，光波沿固體反應物某一測量點的同一維度，在兩個不同時亥IJ，分別從正、反兩方向分別穿過。維度是指穿過該測量點的某一條直線，同一維度就是指同一條直線。光路示意圖如圖1所示。
[0048]對於固體反應物我們之所以這樣設計，是因為我們考慮了固體各向異性研究的需要。因為固體存在各向異性，如果僅從一側測量，難免使得測量結果不足夠準確反映物體的特性。所以通過設計不同的光路結構，使得理論上可以保證同一點的正反面透射。
[0049]當跟蹤的是氣體反應物時，所構造的光路有兩種:一是，讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，從單一方向穿過氣體，然後射出即可，光路示意圖如圖2所示。二是，讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在兩個不同時刻，分別從正、反兩方向穿過氣體空間一次，光路示意圖如圖3所示。
[0050]對於氣體反應物我們之所以這樣設計，主要是受光譜儀設備的影響，這些類光路設計，一是為了節省光譜儀的內部空間，二是使光線入、出射在同一條直線方向上。
[0051]這裡所述的熱解環境，是指設定的一系列溫度和壓力環境，熱解環境條件既可以為固定的熱解環境條件，即在某一固定的溫度和壓力下測量熱解特性；也可以為變化的熱解環境條件，包含溫度變化、氣壓變化等條件，即設定變化的溫度和/或變化的氣壓，根據變化的速率，研究熱解特性。
[0052]對於固體反應物的跟蹤，可以通過以下具體實施方法實現:
[0053]方法一:
[0054]可以通過如下裝置實現:如圖4所示(圖中取掉了箱體的上蓋)，該裝置包括一密閉隔熱的箱體101、一旋轉夾具臺102、一反射鏡組103，以及配套的溫控裝置和通氣裝置。
[0055]箱體由隔熱、遮光的剛性材料做成，還可在箱體內加裝隔熱層。在箱體的兩相對側壁上,開設有兩個太赫茲透射窗,一個為太赫茲入射窗104、一個為太赫茲出射窗105，透射窗由單晶矽材質做成，它有良好的太赫茲波透過性，同時耐高溫隔熱。較佳的是這兩個透射窗位於箱體的同一橫截面上，因為這樣對於裝置設計簡單。雖然兩個透射窗也可以前後平行錯位放置，甚至是兩個透射窗的表面不平行，也可以實現光譜分析，但是這樣對於裝置的設計變得非常複雜。
[0056]在箱體中，設置旋轉夾具臺102和反射鏡組103。如圖5所示，旋轉夾具臺102包括一旋轉軸106和一擺臂107。旋轉軸106通過軸承組件安裝在箱體底座的旋轉軸孔中，並通過傳動結構連接到箱外，以便於用外力旋轉夾具。該傳動結構可以為一組垂直嚙合的齒輪組。擺臂107固定套設在旋轉軸106上，擺臂107的一端設置有樣品槽108，樣品槽108底部設有加熱件。在外力作用下旋轉夾具臺可以在旋轉軸孔中轉動。
[0057]在旋轉夾具臺的兩側設置有反射鏡組103，如圖4所示。反射鏡組103包括四面反射鏡組成。反射鏡為採用表面拋光的不鏽鋼材質的平面鏡，分別插在底座的四個插槽中，鏡面與水平面垂直。四面反射鏡的擺設角度以及構成的光路如圖6-1、6-2所示。第一反射鏡109與第二反射鏡110分別側對太赫茲入射窗104和太赫茲出射窗105，但傾斜方向相反；這兩個反射鏡的反射面與太赫茲透射窗平面的夾角均為銳角α (與即與箱體側壁的夾角)，一個是以透射窗平面為基礎順時針旋轉α角，一個是以透射窗平面為基礎逆時針旋轉α角；第三反射鏡111與第四反射鏡112沿箱體縱向設置在箱體的另一端，與第一反射鏡109、第二反射鏡110分置於旋轉夾具臺的兩側；第三反射鏡111與第二反射鏡110傾斜方向相同，但第三反射鏡111的反射面與箱體側壁的夾角為180° -β，其中β=90° -α，且β〈45° ;同理，第四反射鏡112與第一反射鏡109傾斜方向相同，但第四反射鏡112的反射面與箱體側壁的夾角為180° _β，其中β =90° -αΙβ〈45°。太赫茲波從入射窗104射入，光路以「oc」形式依次經第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡幾次折返，最終從出射窗105射出(光路如圖中帶箭頭的虛線所示)。四面反射鏡各完成I次反射，反射光路處於同一平面內，入射光線和出射光線在同一方向，利於出射的太赫茲波被太赫茲光譜儀接收。
[0058]在上述光路設計中，反射鏡組採取獨特設計方式，以一定角度安裝在熱解跟蹤裝置中，構成形」轉折光路，伴隨著夾具臺的擺動，使得太赫茲波從樣品某一測量點的正反兩方向兩次穿過。每個反射鏡能夠將光線折射一次，每次折射後光線仍處於同一平面內，經過所有反射鏡的折射後，光線的傳播方向與進入裝置的方向一致並從裝置射出，進入配套使用的太赫茲光譜儀接收端。兩次測量好處是，太赫茲波每穿過一次進行一次測量，測量完成後轉一下夾具臺的角度，從樣品同一測量點的反面穿過再次測量，這樣可以研究物質在一個維度的各向異性。傳播方向一致的好處是為保證裝置對外部測量光路(太赫茲光譜儀使用所配套的光路)不產生影響。旋轉夾具臺能繞旋轉軸中心轉動，改變樣品的空間位置，使樣品在擺動過程中兩次進入探測光路中。控制旋轉夾具臺的旋鈕，使用者可以方便地控制熱解樣品移入或移出探測光路。當旋轉夾具臺的對稱面與單晶矽透射窗平面所夾銳角為90° -2β時(如圖6-1所示)，平行太赫茲波可從樣品正面入射一次；在此狀態下，旋轉夾具臺的對稱面繞其旋轉軸轉過180° -4β角(圖6-2所示)，太赫茲波可從樣品的反面再次入射一次，前後入射點連線落在旋轉夾具臺的對稱面內且垂直於片狀樣本平面，即可實現單點的正反向測量。
[0059]上述是以旋轉夾具為例說明樣品的移動，實際上也可採用平移設備，只能要滿足在一次測量光程中，樣品能在正、反兩面被光穿過即可。
[0060]方法二:
[0061]可以通過如下裝置實現:如圖7所示(圖中取掉了箱體的外殼)，該裝置包括一密閉隔熱的箱體201、一平移夾具臺202、一反射鏡組203以及配套的溫控裝置和通氣裝置。
[0062]箱體內壁可貼附不透光的隔熱層。在箱體的兩相對側壁上，開設有兩個對稱的太赫茲透射窗，一個為太赫茲入射窗、一個為太赫茲出射窗，透射窗由單晶娃材質做成，它有良好的太赫茲波透過性，同時耐高溫隔熱。較佳的是這兩個透射窗位於箱體的同一橫截面上，因為這樣對於裝置設計簡單。
[0063]在箱體中，設置平移夾具臺202和反射鏡組203。如圖7所示，在箱體底座中部，攔腰設置一直線型導軌204，導軌與透射窗的平面垂直。平移夾具臺202安裝在導軌上，反射鏡組203分為兩組分置於導軌的兩側。
[0064]平移夾具臺的結構如圖8所示，包括一平移滑塊205，滑塊上設置有樣品夾持板，樣品夾持板是可活動的，用於夾持不同厚度的樣品。在圖8所示的結構中，包括固定夾持板206，活動夾持板207，活動夾持板由一螺杆支撐件208帶動它移動。螺杆穿過支撐件連接在活動夾持板的端面上，當擰轉螺杆時，螺杆前端就會推動夾持板向前移動縮小與固定夾持板的距離，從而把樣品夾住。平移滑塊205滑設在導軌204上，且滑塊中心套設在一步進電機帶動的絲槓209上，當電機帶動絲槓旋轉時，由於平移滑塊卡設在導軌中，使得平移滑塊只能沿著導軌平移。
[0065]反射鏡組203，圖9-1、9_2所示，共有四面反射鏡，分為兩組安裝在導軌204的兩偵牝第一反射鏡210和第二反射鏡211為一組，第三反射鏡212和第四反射鏡213為一組。每一組的兩面鏡子均成「八」字形擺設，夾角成90°，且在導軌兩側的兩組鏡子「八」字形走向是一致的。鏡面都與水平面(底座平面)垂直，且鏡面均面嚮導軌一側，且有一組導軌一側的反射鏡鏡面分別朝向太赫茲波入射窗和太赫茲波出射窗。
[0066]四面反射鏡以一定角度安裝在裝置中，太赫茲波從入射窗射入，光路以「幾」字形在裝置內傳播。依次經第一反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第二反射鏡幾次折返，最終從出射窗射出，太赫茲波進出裝置的方向一致(光路如圖9-1、9-2中的箭頭線段所示)。四面反射鏡各完成I次反射，反射光路處於同一平面內，入射光線和出射光線在同一方向，利於出射的太赫茲波被太赫茲光譜儀接收。伴隨著平移夾具臺的移動，固體片狀反應物經過光路時，同一測量點的兩個方向上會在不同時刻被光各透射一次，從而實現同一測點的正、反兩向測量。
[0067]上述是以平移夾具臺為例說明樣品的移動，實際中也可採用旋轉設備，或其他方式，只要能滿足在一次測量光程中，樣品能在正反兩面被光穿過即可。
[0068]上述的兩種方法中，都是通過設置反射鏡組，轉折光路，同時伴隨樣品夾具臺的移動，改變反應物的位置，將反應物移入探測光路中，表徵反應物特性的出射光被光譜儀接收，進行熱解固體的分析。通過轉動或平移夾具臺，通過設定轉動或平移的路程和速度，通過設計光程傳播的路程和速度，使得在某一時刻，光恰好從某一方向透射過測量點，而在下一時刻，光又恰好從相反的方向透射過測量點，記錄兩時刻的數據，就可分析該測量點的熱解特性。單點的正反向測量，可以使得測量更有說服力，同時更重要的是研究物質的各向異性，即研究光正反面從同一點透過，所發生的變化是否相同。裝置能夠實現旋轉/平移一個特定的距離就能夠從理論上做到較精確地同一點雙向入射，誤差比以前的裝置小，測量結果也更有說服力。
[0069]對於氣體反應物的跟蹤，可以通過以下具體實施方法實現:
[0070]方法一:
[0071]該方法是讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物空間中，在兩個不同時刻，分別從正、反兩方向分別穿過氣體。
[0072]可構造這樣一個裝置，該裝置包括一氣密性的隔熱箱體301，一樣品投放機構302，一反射鏡機構303，以及配套的溫控裝置和通氣裝置，內部結構如圖10所示。該裝置中，在箱體中間部位豎直設置樣品投放機構302，樣品投放機構上帶有加熱部件，讓熱解氣體能夠較均勻的彌散於空間中。由於測定的是氣體反應物，氣體充滿在空間中，所以無需移動樣品。
[0073]在投放機構的兩側，設置反射鏡機構303，反射鏡機構303包括兩組反射鏡，每一組反射鏡由兩個鏡子組成，相互成90度，兩個鏡子連在一起，通過轉軸轉動。在兩組反射鏡中，鏡面都垂直於水平面，且鏡面都傾斜朝向投放機構，且其中一組的鏡面還傾斜的朝向箱體側壁。這樣構成的光路更有利於測定反應氣體。
[0074]在箱體相對的兩個側面上，與鏡面傾斜的朝向箱體側壁的一組反射鏡相配合的，設置兩個太赫茲透射窗，一個為入射窗，一個為出射窗，結合反射鏡機構構造裝置的光路系統。該光路是:如圖10中箭頭線所指，太赫茲波由入射窗入射，經過第一反射鏡組的A反射面，反射到第二反射鏡組的C反射面，然後再反射到第二反射鏡組的D反射面，再進一步反射到第一反射鏡組的B反射面,最後由B反射面反射到出射窗，由出射窗發射出去，由此構成一「幾」字形光路，圍繞在熱解樣品的周圍。在光路的一個行程中(同一束光進、出裝置一次計為一個光程)，太赫茲波在氣體內部往返各一次，光路系統能夠保證太赫茲波以一定精度在整個裝置內傳播，透過熱解氣體的太赫茲波包含了氣體的信息，能被外部的太赫茲光譜儀接收。
[0075]「幾」字形光路的設計思路，這樣設計的優勢在於「幾」字在一個方向比較短，另一個方向上比較長。太赫茲波從短邊方向進入，又沿原方向射出，即可節約光譜儀的樣品區空間。把裝置伸入到太赫茲透射光譜儀中時，長邊方向可以暴露在外。
[0076]方法二:
[0077]該方法也是讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物空間中，在兩個不同時刻，分別從正、反兩方向分別穿過氣體。
[0078]可構造這樣一個裝置，該裝置包括一氣密箱401，一樣品投放機構402，一反射鏡403，內部結構如圖11所示。該裝置中，氣密箱的結構形式有多種，只要能滿足氣密性和隔熱要求就可以。氣密箱401的一側開設有太赫茲透射窗404。樣品投放機構402成水平式設置在箱體內，樣品投放機構402既可以輔助設置一驅動結構，讓它在驅動結構的帶動下自由平移，也可以是固定放置在箱體內不動。由於測定的是氣體反應物，氣體充滿在空間中，所以無需移動樣品。驅動結構可以是一電機帶動的平移結構，也可以是一手動的抽屜。較佳的是在投放機構附近設置加熱部件，讓樣品充分受熱。
[0079]由於樣品投放機構402成水平方式，所以可在樣品投放機構402的上方(或下方)設置一反射鏡403。反射鏡403設置在與透射窗相對的一端，即遠離透射窗，透射鏡403的反射面與水平面垂直，且該反射面與透射窗相對。較佳的是，樣品臺放置在透射窗與反射鏡的中間，這樣可以使透射窗與反射鏡之間的空間內充分的瀰漫熱解氣體，對於光測量有更好的效果。
[0080]該裝置中，由透射窗404和反射鏡403構成的光路如圖3所示，太赫茲光波由透射窗404進入，中間途徑氣體空間，遇到反射鏡403後，被反射回來，再次途徑氣體空間，然後從透射窗404射出。在此光程中，氣體也是被透射過兩次。這種反射式裝置將反射鏡置於裝置內，可不使用反射光譜儀帶的反射鏡，而把裝置安放在反射光譜儀的樣品處，太赫茲波進入裝置後經過內部反射鏡的反射從原透射窗射出，再被反射式光譜儀的接收端接受。相比於透射式裝置直接用於反射式光譜儀(反射鏡平放置，太赫茲波前後4次通過透射窗)，這樣做可以使太赫茲波進出裝置的次數儘量少(反射鏡豎置，太赫茲波前後2次通過透射窗)降低了光學損失和各種位置誤差。
[0081]方法三:[0082]該方法也是讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，從單一方向穿過氣體，然後射出。
[0083]此種方法的可實施裝置很多。比如在一密閉的空間內，相對的兩側開設有透射窗，一個為入射窗，一個為出射窗。在此密閉空間內，放置熱解樣品，可移動也可不移動，不做限制。較佳的是入射窗與出射窗處於同一高度，且都高於樣品放置高度，這樣更便於在光透過裝置時，更充分的穿越樣品上方的熱解氣體，對熱解分析帶來準確信息。攜帶有熱解氣體特性的太赫茲波就可以被太赫茲光譜儀接收進而分析，光路圖如圖2所示。
[0084]以上都是為實現本發明方法所採取的一些較佳實施方式，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。
[0085]在實現本發明方法中，配套設置的溫控裝置和通氣裝置，都可以採用現有技術的多種手段實現。在通入的氣體中，選則與油頁巖不反應的惰性氣體，比如N2、Ar2，對太赫茲波的影響也極小。充氣可以把反應產生的可能對太赫茲波產生影響的氣體吹走，同時，充入這兩種氣體可以防止高溫熱解時可燃物質與氧氣發生反應而燃燒。
[0086]本發明應用太赫茲波的特性，通過構建不同的光路，用太赫茲時域信號跟蹤熱解產物的變化，測量固體或氣體熱解反應物的成分和組成。光路可以應對不同的要求而構建，解決了以往的先熱解後測量的難題。
【權利要求】
1.一種基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:在一個熱解環境中，構造條光路，利用太赫茲波沿此光路穿過熱解反應物，然後為光譜儀所接收，用光譜時域信號所發生的變化對熱解反應物進行跟蹤分析； 當測量固體反應物時，所構造的光路是:讓太赫茲波在一次測量行程中，光波沿固體反應物某一測量點的同一維度，在兩個不同時刻分別從正、反兩方向穿過，然後射出； 當測量氣體反應物時，所構造的光路有兩種，選擇其一: 一，讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，從單一方向穿過氣體，然後射出； 二，讓太赫茲波在一次測量行程中，往、返兩次經歷氣體空間，然後射出。
2.根據權利要求1所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:所述的熱解環境，是指設定的溫度和壓力環境，所述溫度環境為固定的溫度條件或變化的溫度條件之一；所述氣壓環境為固定的氣壓條件或變化的氣壓條件之一。
3.根據權利要求1或2所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:所述的熱解環境中，通入的氣體是惰性氣體。
4.根據權利要求1所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:構造測量固體反應物的光路的方法是: 設置一密閉隔熱的箱體，在箱體的兩相對側壁上，開設有兩個供太赫茲波射入、射出的太赫茲透射窗；一旋轉夾具臺轉動設置在箱體內，旋轉夾具臺上固定有樣品；一反射鏡組，布設在旋轉夾具臺的兩側，由四面反射鏡組成，擺放的位置關係滿足:從一個太赫茲透射窗入射的太赫茲波，在四面反射鏡的反射下形成形光路，對擺動的樣品往返兩次透射，最終從另一個太赫茲透射窗射出。
5.根據權利要求4所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:所述四面反射鏡的具體位置關係是: 第一、第二反射鏡與第三、第四反射鏡，兩兩為一組分置於旋轉夾具臺的兩側，鏡面與水平面垂直； 第一反射鏡、第二反射鏡分別側對兩個太赫茲透射窗但傾斜方向相反，反射面與太赫茲透射窗平面的夾角均為銳角α ; 第三反射鏡與第二反射鏡傾斜方向相同，但第三反射鏡的反射面與箱體側壁的夾角為180。_@，其中@=90。-0，且@〈45。； 第四反射鏡與第一反射鏡傾斜方向相同，但第四反射鏡的反射面與箱體側壁的夾角為180。-β，其中 β = 90。_α，且 β〈45。。
6.根據權利要求1所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:構造測量固體反應物的光路的方法是:設置一箱體、一平移夾具臺、一反射鏡組； 所述箱體的兩個相對側面上，設置有太赫茲波入射窗和出射窗； 所述平移夾具臺水平滑動地設置在箱體中，夾具臺上固定有樣品； 所述反射鏡組，包括四面反射鏡，兩兩分置於平移夾具臺的兩側，鏡面與水平面垂直，以一定角度安裝，位置關係滿足:從入射窗進入的太赫茲波，在四面反射鏡的反射下形成「幾」字形光路，對移動的樣品往返兩次透射，最終從出射窗射出。
7.根據權利要求6所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:所述反射鏡組中，位於平移夾具臺同一側的兩面鏡子，均成90°夾角擺置，平移夾具臺兩側的兩組鏡子90°夾角方向一致，且每一面鏡子鏡面均面向平移夾具臺。
8.根據權利要求1所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:構造正、反兩方向穿過測量氣體的光路的方法是:設置一氣密性的隔熱箱體，一樣品投放機構，一反射鏡機構； 樣品投放機構豎直設置在箱體中間部位，反射鏡機構分為兩組，分置於樣品投放機構的兩側，每一反射鏡組包括兩個相互垂直的、通過轉軸聯動的鏡子，在兩組反射鏡中，鏡面都垂直於水平面，且鏡面都傾斜 朝向投放機構，其中一組的鏡面還傾斜的朝向箱體側壁；在鏡面傾斜朝向的箱體側壁上，分別開設一太赫茲入射窗和出射窗。
9.根據權利要求1所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:構造正、反兩方向穿過測量氣體的光路的方法是:設置一氣密箱，一樣品投放機構，一反射鏡；氣密箱的一側開設有太赫茲透射窗，樣品投放機構成水平式設置在箱體內，在樣品投放機構的上方或下方，設置所述反射鏡，透射鏡的反射面與水平面垂直，且該反射面與透射窗相對。
10.根據權利要求1所述的基於光跟蹤的油頁巖熱解測量方法，其特徵在於:構造光單方向穿過測量氣體的光路的方法是:設置一密閉的箱體，在相對的兩側開設有透射窗，一個為入射窗，一個為出射窗，熱解樣品置於空間內，入射窗與出射窗處於同一高度，且都高於樣品放置高度。
【文檔編號】G01N21/3586GK104007083SQ201410256196
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】寶日瑪, 李羿璋, 吳航, 趙昆, 李術元 申請人:中國石油大學(北京)