一种用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置

本技术涉及岩石力学设备，特别涉及一种利用声发射原理测量岩石孔隙介质自渗吸饱和界面的无损精准测定装置。

背景技术：

1、在岩石力学实验中，岩石内部孔隙介质自渗吸路径的测量较为困难，目前采用的测量方式多为核磁共振(nmr)技术。

2、如目前先进的nmr仪器为高温高压核磁共振在线检测系统，型号为macromr12-100h-gs,系统所用磁体为永磁体，主频率12.42mhz,实验在室温下进行。但是这种方式有明显的缺陷，在描述岩石内部孔隙介质自渗吸路径时受实验仪器测量时间因素的限制，不能进行实时自渗吸参量的测量，其测得结果是整个自渗吸饱全过程各分阶段结果叠加的平均值。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种安全可靠、自渗吸过程实时可视化程度高的测量岩石内部孔隙介质自渗吸路径的实验装置，并且该孔隙介质自渗吸路径测量原理可以应用于各类岩石的自渗吸实验。

2、本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，包括储水箱、储水箱密封盖、真空阀、储水箱外壁、储水箱内壁、声发射扫描仓、声发射扫描仓数据传输连接器、声发射扫描仓顶盖、声发射扫描仓顶盖通气孔、试样仓、试样仓外壁、试样透水支座、环向声发射传感器、上声发射传感器、下声发射传感器、声发射传感器移动螺杆、导管、衡水阀、底座、数据处理pcb主板、电源数据接口。衡水阀安装于试样仓外壁和试样透水支座之间的导管顶部，环向声发射传感器、上声发射传感器、下声发射传感器、声发射传感器移动螺杆的电信号传输均通过声发射扫描仓数据传输连接器与底座内部的数据处理pcb主板连接，并通过数据线与电脑主机及电脑显示器连接。

3、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其测量原理：利用声发射高灵敏度谐振式传感器具有将声发源在被探测物体中不同介质下声发射信号传输参数的不同导致传感器表面产生的机械振动转换为电信号,它的输出电压v(t,x)是表面位移波u(x,t)和它的响应函数t(t)的卷积：v(t,x)＝u(t,x)t(t)，从而根据算法判断其介质的位移、速度和形状。根据声发射传感器可实现穿透2～33mm材料的检测，可探测的最小位移可达到10－14m，甚至更小，从而无损精准的测定岩石孔隙介质自渗吸饱和界面的渗流路径。

4、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，将要进行自渗吸实验的岩石试样放于试样透水支座正中央，并盖好声发射扫描仓顶盖和储水箱密封盖，连接真空阀与真空泵，抽真空稳定到－2mpa关闭真空阀。

5、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，最外面由储水箱外壁和储水箱内壁构成用于孔隙介质发生自渗吸饱和用水的储水箱。储水箱顶部安装有储水箱密封盖及安装于储水箱密封盖上的真空阀。

6、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其无损精准测定装置底部由底座以及安装于底座内顶部的数据处理pcb主板和底座外边缘的电源数据接口构成。其无损精准测定装置内部的真空环境由连接真空阀的真空泵完成，以排除空气对声波传输参数的影响。

7、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，试样仓外部与储水箱内部由声发射扫描仓构成，试样仓内部由安装于试样仓底部中央的试样透水支座和安装于试样仓外壁和试样透水支座之间导管顶部的衡水阀构成。

8、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，声发射扫描仓由声发射扫描仓内部的环向声发射传感器、声发射传感器移动螺杆，声发射扫描仓下部的声发射扫描仓数据传输连接器，声发射扫描仓底部的导管、下声发射传感器以及声发射扫描仓顶部的声发射扫描仓顶盖构成。

9、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，声发射扫描仓内部安装有四个环向声发射传感器和控制环向声发射传感器上下扫描的四个声发射传感器移动螺杆，各环向声发射传感器以及配套的声发射传感器移动螺杆分别以圆平面夹角互成90度安装。

10、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，声发射扫描仓数据传输连接器可传输环向声发射传感器、上声发射传感器、声发射传感器移动螺杆的电信号，同时隔绝声发射扫描仓上部与底座内部数据线连接孔隙间的空气连通，下声发射传感器安装于声发射扫描仓底部中心位置与导管同空间安装。

11、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，声发射扫描仓顶盖由2个通气孔和声发射扫描仓顶盖中心位置的上声发射传感器构成。

12、上述用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，环向声发射传感器、上声发射传感器、声发射传感器移动螺杆的电信号传输均通过声发射扫描仓数据传输连接器与底座内部的数据处理pcb主板连接，并和电源数据接口通过数据线与电脑主机及电脑显示器连接。

13、本实用新型的有益效果在于：本实用新型具有造价成本低、实验操作简单、测量精度高、实验过程可视化程度高等特点，并且能够减少实验人员的操作时间、减少重复频繁的实验操作、降低核磁的辐射风险，具有良好的社会效益和经济效益。

技术特征：

1.一种用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：包括储水箱、储水箱密封盖、真空阀、储水箱外壁、储水箱内壁、声发射扫描仓、声发射扫描仓数据传输连接器、声发射扫描仓顶盖、声发射扫描仓顶盖通气孔、试样仓、试样仓外壁、试样透水支座、环向声发射传感器、上声发射传感器、下声发射传感器、声发射传感器移动螺杆、导管、衡水阀、底座、数据处理pcb主板、电源数据接口，环向声发射传感器、上声发射传感器、下声发射传感器、声发射传感器移动螺杆的电信号传输均通过声发射扫描仓数据传输连接器与声发射检测仪底座内部的数据处理pcb主板连接，并通过数据线与电脑主机及电脑显示器连接。

2.根据权利要求1所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述储水箱由最外面的储水箱外壁和内部的储水箱内壁所围成圆环构成的桶体，所述储水箱密封盖安装于储水箱顶部，所述真空阀安装于储水箱密封盖靠近边缘处使容器内外界相连通。

3.根据权利要求1所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述声发射扫描仓被声发射扫描仓中下部的声发射扫描仓数据传输连接器分成上部的真空密闭和底部的固定两部分，整个声发射扫描仓安装于储水箱内壁与试样仓外壁之间，并容纳由试样透水支座、导管和衡水阀构成的试样仓。

4.根据权利要求2所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述安装于储水箱密封盖靠近边缘处使容器内外界相连通的真空阀控制实验过程内部大气压环境为－2mpa，以排除空气介质对声波传输参数的影响。

5.根据权利要求3所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述试样透水支座安装于试样仓底部中心位置，所述导管穿过声发射扫描仓底部的固定部分使储水箱与试样仓相连通，所述衡水阀安装于试样仓外壁和试样透水支座之间试样仓底部的导管顶部，控制自渗吸水平面的稳定。

6.根据权利要求3所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述声发射扫描仓数据传输连接器负责环向声发射传感器、上声发射传感器、声发射传感器移动螺杆电信号的传输，并隔绝声发射扫描仓上部与底座内部数据线连接孔隙之间的空气连通。

7.根据权利要求3所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述声发射扫描仓顶部为便于安装上声发射传感器和起到对试样保护的作用安装有声发射扫描仓顶盖，所述声发射扫描仓底部固定部分中心上顶面安装有下声发射传感器，所述声发射扫描仓内部由环向声发射传感器、声发射传感器移动螺杆构成。

8.根据权利要求7所述的用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，其特征在于：所述声发射扫描仓顶盖以顶盖中心为圆心同半径的圆上安装有2个对称的通气孔，在声发射扫描仓顶盖中心位置安装有上声发射传感器，所述声发射扫描仓内安装有四个环向声发射传感器和控制环向声发射传感器上下扫描的四个声发射传感器移动螺杆，各环向声发射传感器以及配套的声发射传感器移动螺杆分别以圆平面夹角互成90度安装，所述四个环向声发射传感器可在数据处理pcb主板的控制下通过声发射传感器移动螺杆自动实现对试样监测位置的确定，以便精确确定试样高度方向的监测位置。

技术总结
本技术公开了一种用于岩石自渗吸饱和界面的无损精准测定装置，本装置包括储水箱、储水箱密封盖、真空阀、声发射扫描仓、声发射扫描仓数据传输连接器、声发射扫描仓顶盖、声发射扫描仓顶盖通气孔、试样仓、试样透水支座、环向声发射传感器、上声发射传感器、下声发射传感器、声发射传感器移动螺杆、导管、衡水阀、底座。环向声发射传感器、上声发射传感器、下声发射传感器、声发射传感器移动螺杆的信号传输均通过声发射扫描仓数据传输连接器与底座内部的数据处理PCB主板连接，并通过数据线与电脑主机及电脑显示器连接。本技术能更好地反映岩石内部孔隙介质自渗吸实时路径，具有操作简单、测量精度高、安全可靠、渗吸路径可视化效果好的优点。

技术研发人员：崔传健,薛东杰,程建超,田金柱,潘阮航,贾震,曾令豪,潘际臣,海那尔·吐尔逊哈力
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：20221012
技术公布日：2024/1/15