不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置的製作方法

2023-06-21 08:53:51 4

專利名稱：不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種水合物聲響應模擬的實驗裝置。
背景技術：
天然氣水合物廣泛分布於世界大陸邊緣海底沉積物和永久凍土地帶，由於需要極為苛刻的溫度、壓力條件，水合物樣品的採集往往比較困難，獲取的樣品尺寸可能大小不一，如在獲取的各類樣品中進行水合物的重生成實驗，並在水合物生成和分解過程中探測其物理性質(如聲學特性)，具有較大的難度。但對各類實際樣品進行實驗，對研究水合物的形成機理和地球物理響應特徵具有重要的學術意義和實用價值，如何滿足各類樣品在同一裝置中進行水合物的形成實驗，並在水合物生成和分解過程中探測其飽和度與聲學參數，主要取決於實驗裝置的設計與製造。目前國內外進行水合物聲學響應研究的實驗室，其實驗裝置大多對單一尺寸的樣品進行研究，適合於對人工沉積物或易於採集的野外樣品進行水合物聲學響應特徵研究，如英國南安普頓大學和我國青島海洋地質研究所採用的裝置，分別研究了天然砂和人工燒制的固結巖心中水合物飽和度與聲速的關係；部分實驗室可以研究不同長度樣品的聲學特性，但不能改變樣品直徑。但由於含水合物樣品的獲取難度大，因為其樣品尺寸不足而放棄研究聲學特性等物性參數，對水合物研究是一種損失。

實用新型內容本實用新型的技術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模擬實驗的自適應裝置，其可適應不同尺寸樣品的實驗，並同時進行聲學與TDR探測。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案其包括高壓反應釜，高壓反應釜側面設置通孔，通孔與壓力控制系統連接，水合物沉積物設置在高壓反應釜中，水合物沉積物的上下兩側分別設有聲學換能器，水合物沉積物內設有時域反射探針，聲學換能器、時域反射探針分別通過數字採集卡與計算機處理系統連接；高壓反應釜內設有固定杆，固定杆卡在上側的聲學換能器頂端；高壓反應釜設置在溫控箱內。高壓反應釜包括外筒體、內筒體，內筒體放置在外筒體內，水合物沉積物設置在內筒體中。高壓反應釜的外筒體可安裝直徑不同的內筒體，以適應不同直徑尺寸的沉積物樣品。固定杆的長度可調整，樣品高度的變化則可通過可變長度頂杆來適應。探測系統由聲學探測技術(彎曲元技術或傳統超聲技術)與TDR技術組成，可同時進行聲學參數和水合物飽和度的探測。其中聲學探測包括縱、橫波一體化的發、收換能器一對，採用加拿大GaGe公司的高速數據採集卡，提高超聲探測靈敏度。TDR探測採用Campbell公司的TDR100儀確定樣品中天然氣水合物的飽和度。本實用新型的內筒體是最核心的部件，由聚四氟乙烯製作的，經過特別的設計與加工，使內筒體可適應不同尺寸樣品的實驗，並同時進行聲學與TDR探測。本工作通過特別的設計，將不同直徑的內筒體和不同長度的固定杆結合起來，可以針對不同長度和粗細的水合物沉積物樣品進行實驗，同時將傳統超聲探測技術、彎曲元聲學探測技術和時域反射技術(TDR)結合在一起，可滿足不同類型沉積物的測量需要，對每個樣品均可在同一系統中同時探測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用價值。

圖I為本實用新型的結構示意圖。圖中1.高壓反應釜；2.外筒體；3.內筒體；4.時域反射探針；5.聲學換能器；
6.固定杆；7.通孔；8.壓力控制系統；9.數字採集卡；10.計算機處理系統；11.溫控箱；12.水合物沉積物。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型的不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置，包括高壓反應釜1，高壓反應釜I側面設置通孔7，通孔7與壓力控制系統8連接，水合物沉積物12設置在高壓反應釜I中，水合物沉積物12的上下兩側分別設有聲學換能器5，水合物沉積物12內設有時域反射探針4，聲學換能器5、時域反射探針4分別通過數字採集卡9與計算機處理系統10連接；高壓反應釜I內設有固定杆6，固定杆6卡在上側的聲學換能器5頂端；高壓反應釜I設置在溫控箱11內。高壓反應釜I包括外筒體2、內筒體3，內筒體3放置在外筒體2內，水合物沉積物12設置在內筒體3中。固定杆6的長度可調整。其中高壓反應釜蓋上安裝九針密封柱和金屬固定杆6，分別用於接探測裝置的信號線和頂壓或固定聲學換能器5;高壓反應釜I內有一能方便拿出的內筒體3，內筒體3由聚四氟乙烯經特別的設計與加工製作而成，通過更換不同直徑的內筒體3和不同長度的固定杆6，可適應各種不同尺寸水合物沉積物12的實驗。水合物沉積物12放入內筒體3中與之緊密接觸。內筒體3的上面沒有蓋，底面及側面的上、下部各有一孔，水合物沉積物12的上、下面連接聲學換能器5，保證可以收到聲波換能器發出的聲波。在內筒體3的內壁有一環型金屬片連接時域反射探針4，可同時進行聲學與TDR探測。聲學信號與TDR探測信號經數字採集卡9直接進入計算機處理系統10進行數據處理。把盛水合物沉積物的反應釜I放入溫控箱11中，採用水冷與風冷結合的方法製冷。在反應釜的進氣管道上裝有壓力表，用來檢測氣壓變化。通過壓力傳感器及熱電偶，在計算機上可監測反應釜及沉積物的壓力及溫度變化。本發明裝置實現了對不同尺寸含水合物樣品進行聲學與TDR兩種先進技術的同時探測。當使用時，其具體步驟為(I)根據樣品尺寸選擇合適的內筒體3和固定杆6長度，把水合物沉積物12放入內筒體並加水至飽和。(2)安裝好各種探測裝置。(3)整個系統抽真空後，加入一定壓力的氣體，靜置，使氣體溶於水溶液。(4)啟動降溫系統，使水合物生成。(5)探測、記錄各種參數。本實驗裝置操作方便、安全。在實際工作中根據需要可更換不同直徑的內筒和調節頂杆長度進行不同尺寸樣品的聲學探測和時域反射(TDR)探測。
權利要求1.一種不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置，包括高壓反應釜(1)，高壓反應釜(I)側面設置通孔(7)，通孔(7)與壓力控制系統(8)連接，水合物沉積物(12)設置在高壓反應釜(I)中，其特徵在於，水合物沉積物(12)的上下兩側分別設有聲學換能器(5)，水合物沉積物(12)內設有時域反射探針(4)，聲學換能器(5)、時域反射探針(4)分別通過數字採集卡(9)與計算機處理系統(10)連接；高壓反應釜(I)內設有固定杆(6)，固定杆(6 )卡在上側的聲學換能器(5 )頂端；高壓反應釜(I)設置在溫控箱(13 )內。
2.根據權利要求I所述的不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置，其特徵在於，高壓反應釜(I)包括外筒體(2)、內筒體(3)，內筒體(3)放置在外筒體(2)內，水合物沉積物(12)設置在內筒體(3)中。
3.根據權利要求2所述的不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置，其特徵在於，固定杆(6)的長度可調整。
專利摘要本實用新型涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種水合物聲響應模擬的實驗裝置。本實用新型的不同尺寸樣品中水合物聲響應模擬實驗的自適應裝置，包括高壓反應釜，高壓反應釜側面設置通孔，通孔與壓力控制系統連接，水合物沉積物設置在高壓反應釜中，水合物沉積物的上下兩側分別設有聲學換能器，水合物沉積物內設有時域反射探針，聲學換能器、時域反射探針分別通過數字採集卡與計算機處理系統連接；高壓反應釜內設有固定杆，固定杆卡在上側的聲學換能器頂端；高壓反應釜設置在溫控箱內。本發明可滿足不同類型沉積物的測量需要，對每個樣品均可在同一系統中同時探測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用價值。
文檔編號G01N29/04GK202676668SQ20122023203
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者胡高偉, 程軍, 業渝光, 劉昌嶺 申請人:青島海洋地質研究所