一种高压罐、高静水压下样品特征CT检测系统及检测方法

本发明涉及材料检测，具体涉及一种高压罐、高静水压下样品特征ct检测系统及检测方法。

背景技术：

1、传统材料将其内部构造出不同结构，该赋予传统材料超出常理的性能。然而，随着外部的压强的增加，上述材料的内部结构极容易遭到破坏，导致性能严重下降。研究内部结构随压强的变化规律，是厘清材料的变化机理的基础，是抗压结构设计的支撑，要实现材料在高压环境中性能稳定的目标，仍然任重而道远。

2、目前，缺乏对带内部结构材料在静水压下的结构演变机制的系统研究。因此，探明带内部结构材料在静水压下的结构演变机制，更直观，更精确的表征内部结构的几何特征，对研究带结构材料的特性具有重大意义。

3、目前，高压下带结构材料的结构稳定机理研究较少，据调研还没有科研人员提出带结构材料的定量表征方法，用以系统地研究高压下材料的结构变化机制研究。

4、近年来ct技术广泛应用到各个领域，其特点是可以无损地表征样品内部的属性，包括材料和结构特征。因此借助ct技术，原位表征高压下材料结构特征变化和发展过程，为进一步探究压强对材料的内部结构影响，提供有力的技术支撑。

5、目前，对材料结构施加高压的方式是将材料放置才密封的高压罐中进行加压，高压罐需要同时兼顾高压水密性、x射线穿透性和高压结构强度的要求。若是高压罐整体直接使用透x射线窗口材料，能够满足水密性和x射线穿透性的要求，但是结构强度较低，高压下可能破裂。若是选择合适的透x射线材料作为窗口，在两端通过高强度材料加固，兼具了x射线穿透性和高压结构强度的要求，但是会存在不同材料界面的水密性问题。

6、综上现有的高压罐无法同时兼顾高压水密性、x射线穿透性和高压结构强度的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高压罐、高静水压下样品特征ct检测系统及检测方法，以解决现有技术中高压罐无法同时兼顾高压水密性、x射线穿透性和高压结构强度的要求的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供一种高静水压下样品特征ct检测用的高压罐，包括：

3、外罐，包括自下而上顺次固定连接的底座、视窗筒和钢连接环，所述外罐用于为内衬提供支撑，以避免所述内衬在高压下变形；

4、内衬，设置于外罐内，用于放置样品，并且与所述底座和所述视窗筒贴合，所述内衬的上沿安装于所述钢连接环上端的卡槽内；

5、密封盖，固定安装于所述外罐顶部，所述密封盖与所述内衬之间设置有密封环，以将多个密封界面转化为所述内衬与所述密封盖之间的一个密封界面；

6、所述是窗筒和所述内衬均为x射线高穿透材料，以保障x射线能穿透样品。

7、作为本发明的一种优选方案，所述密封环下部设置有波纹刀口，并且所述密封环上设置有用于与所述钢连接环连接的螺纹孔，以使波纹刀口在预紧力作用下与内衬形成密封界面；

8、所述密封环上部设置有用于放置o型胶圈的o型橡胶圈槽，并且所述密封盖和所述密封环通过螺钉固定连接。

9、作为本发明的一种优选方案，所述视窗筒插入所述底座的卡槽中，并且其侧壁周向上设置有螺纹孔，以通过螺钉将所述底座与所述视窗筒固定连接；

10、所述钢连接环套包裹于所述视窗筒顶部外侧，并且其侧壁周向上设置有螺纹孔，以通过螺钉将所述钢连接环与所述视窗筒固定连接。

11、作为本发明的一种优选方案，所述高压罐内部设置有样品定位装置，用于将样品固定在所述高压罐的轴线上；

12、所述高压罐底部设置有高压罐定位装置，用于将高压管的轴线与运动控制台的转动圆心重合，以使所述高压罐能够在所述运动控制台的驱动下进行原位转动。

13、作为本发明的一种优选方案，所述样品定位装置包括安装在一起的自定位组件和样品定位组件，所述样品定位组件位于所述自定位组件上方；

14、所述自定位组件用于将所述样品定位组件固定在所述高压罐的中心，所述样品定位组件用于将样品固定在所述样品定位组件的中心。

15、作为本发明的一种优选方案，所述样品定位组件包括样品定位平台，所述样品定位平台上表面均匀设置有多个滑道，每个所述滑道内安装有定位块和拉伸弹簧，所述拉伸弹簧向内牵引所述定位块以将所述高压罐固定于所述样品定位平台的中心；

16、所述自定位组件包括自定位平台，所述自定位平台周向上均匀设置有多个压缩弹簧平衡器件，以将所述自定位平台中心与所述压力罐轴线重合；

17、所述样品定位平台与所述自定位平台轮廓相同，并且所述样品定位平台与所述自定位平台相对的一面均设置于定位槽，定位槽内插接有永磁体，以使所述样品定位平台与所述自定位平台上下对齐。

18、作为本发明的一种优选方案，所述高压罐定位装置为梯形圆台，所述梯形圆台的上下两端分别与所述高压罐和所述运动控制台同轴卡合。

19、作为本发明的一种优选方案，所述密封盖上的加压孔通过液压阀连接有液压泵，用于控制罐体内的静水压力，同时通过三通接头连接液压表，用于显示罐体内的压力。

20、本发明还进一步提供一种高静水压下样品特征的ct检测系统，包括：

21、运动控制台，用于安装权利要求8所述的高压罐，能够带动所述高压罐原位转动并进行检测前的几何参数调整；

22、x射线数据采集器和x射线源发生器，分别设置于所述高压罐相对的两侧；

23、数据处理器，分别与所述x射线数据采集器和所述运动控制台连接，以获取ct扫描数据和所述高压罐运动数据，并对数据进行后处理；

24、ct控制柜，与x射线源发生器连接，用于控制x射线源发生器。

25、本发明还进一步提供一种高静水压下样品特征的ct检测方法，使用上述的ct检测系统，包括以下步骤：

26、调整ct成像的物距与焦距的距离，提高成像效果清晰度，使样品轮廓清晰，满足样品(28)成像要求；

27、将x射线数据采集器(23)能量校正，消除三维重建切片图的环状虚影，每次进行ct扫描前，都需要进行该步骤；

28、对高压罐(27)进行加压，当压力值满足要求时，使系统静置直至压力值稳定，减弱样品(28)的弛豫现象对测试的影响，撤去加压泵，进行旋转ct扫描；

29、启动x射线源发生器(24)，x射线采集器接收穿过样品(28)后衰减的x射线，将采集的信号转换成原始ct数据；

30、通过重建算法处理原始ct数据，得到样品(28)三维数据；

31、将样品(28)三维数据进行切片，得到ct切片灰度数据；

32、将ct切片灰度数据进行裁切以缩小数据量；

33、通过滤波算法对裁切后的额ct切片灰度数据进行降噪；

34、通过卷积神经网络对降噪后的图像进行阈值分割，获得精确的目标分割图像，准确的区分形变后样品(28)中空气相和固体相；

35、根据参照物法标定图像的体素值，计算每个像素点的体积，统计ct分割图像中空气相和固体相的像素数量，通过累加法获得样品的所有层切片图(28)整体体积，得到静水压下样品(28)的体积；

36、改变高压罐(27)的压力值，重复上述实验，得到不同静水压下样品(28)的体积，以全面准确地评估静水压中弹性样品(28)的变化。

37、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

38、外罐和内衬同时满足x射线穿透性的要求，高结构强度的外罐为内衬提供强支撑，增强内衬在高压下的可靠性，使高压罐满足高压结构强度的要求，内衬将外罐的三个密封界面转化为一个密封界面，使高压罐满足高压水密性的要求，即外罐同时兼顾高压水密性、x射线穿透性和高压结构强度。