CN104931457B - 一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公了一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，立柱、岩盐支架、底板支架分别与底座通过螺栓固定相连，盐岩支架在立柱和底板支架之间；激光发射模组支架与立柱通过螺栓固定相连；激光发射模组支架设有滑槽，激光发射模组与激光发射模组支架通过螺栓相连，通过旋紧螺栓将激光发射模组固定在激光发射模组支架中，摄像机与立柱通过螺栓固定相连，通过摄像机可以完整的拍摄到底板上的画面；计算机与摄像机通过数据线连接。结构简单，无需多次采样和重复操作，使用方便。基于折射率的测量准确度高，不受温度、压强等的影响。监测从外部进行，对盐岩室内水溶造腔实验的浓度场无干扰。监测密度高，可采集多达1万个坐标点的浓度数据。

Description

一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置

技术领域

本发明涉及盐矿水溶开采及盐岩储库造腔领域，更具体涉及一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置。本发明适用于盐岩室内水溶造腔过程中对浓度场的监测。

背景技术

当前利用盐岩溶腔进行能源地下储存的应用日渐增多，在盐矿水溶开采及盐岩储库造腔中需要对盐腔的形态进行控制，对盐腔形态发展最重要的就是盐腔中的盐水浓度分布，故而需要对盐腔中的卤水浓度分布进行探究；

盐腔三维浓度监测难度过大，而地下盐腔具有轴对称的特性（屈丹安等，盐穴储气库建槽工程实践与顶板极限跨度分析）故可采用将盐岩试样制成片状密封于特定的透明容器中进行二维水溶造腔模拟，以降低对形态和浓度场监测的难度。本发明中应用的技术即是应用于此类水溶造腔实验。

目前已存在的监测手段有染色剂失踪法和采样测量法，其中染色示踪法需要对盐岩进行染色处理，难度较大，而且染色剂会干扰盐岩实际的解离和盐水的对流过程，另外，染色剂和盐的诸多参数也不一样，并不能完全代表盐水的运移和浓度分布；采样测量法需要手动或者机械采集盐腔不同位置的盐水试样进行测量研究，采样密度小，采样点布设难度大，效率低，而且采样过程会对盐腔内的流场产生干扰，使实验失去了真实性。尚无对封闭盐腔内分布不均匀的盐水浓度场进行高密度高精度实时监测的手段。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，是在于提供了一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，结构简单，无需多次采样和重复操作，使用方便。基于折射率的测量准确度高，不受温度、压强等的影响。监测从外部进行，对盐岩室内水溶造腔实验的浓度场无干扰。监测密度高，可同时采集多达1万个坐标点的浓度数据。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

其技术构思是：盐岩水溶液是透明的，且其浓度与其折射率成线性相关，故向盐岩水溶液发射激光，激光的出射位置会随着盐岩溶液浓度的改变而改变。用摄像机拍摄记录激光出射位置变化的照片，再通过计算机图像数字化技术处理照片，得到激光线透过盐岩水溶液之后位置的变化，推算出激光线入射位置的浓度变化。

一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，该装置包括：底座、立柱、岩盐支架、底板支架、激光发射模组支架、激光发射模组、计算机、摄像机、待测盐腔、底板。其特征在于：立柱、岩盐支架、底板支架分别与底座通过螺栓固定相连，盐岩支架在立柱和底板支架之间；激光发射模组支架与立柱通过螺栓固定相连；激光发射模组支架设有滑槽，激光发射模组与激光发射模组支架通过螺栓相连，可以在激光发射模组支架滑槽中上下滑动，通过在激光发射模组支架中上下滑动激光发射模组的位置，可使激光发射模组发射出互相平行的多条水平的一字形激光线，并可通过旋紧螺栓将激光发射模组固定在激光发射模组支架中；摄像机与立柱通过螺栓固定相连，通过摄像机可以完整的拍摄到底板上的画面；计算机与摄像机通过数据线连接，可以接受来自摄像机的图像及视频数据。

其所述的待测盐腔与盐岩支架通过螺栓辅助环氧树脂系胶结剂固定相连；底板与底板支架通过螺栓固定相连。

所述的激光发射模组由5-30个一字线形激光发射器组成，分别通过螺栓固定在激光发射模组支架的滑槽中。

所述的激光发射模组、待测盐腔、底板的中心在一条水平线上；待测盐腔与底板互相平行。

一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测的方法，其步骤是：

（1）调整激光发射模组在支架滑槽中的位置，使其发出的光线均能透过盐腔的中空部分水平地投射到底板上，记激光线穿过盐腔部位相对底座的高度分别为H1，H2，H3…。

（2）拆除待测盐腔，摄像设备记录此时底板上的激光线分布图，并将图像传送给计算机，计算机对底板上的激光线识别，并记录各条激光线各相对底板底边的高度，标识为初始值。

（3）重新将待测盐腔安装到盐岩支架上，摄像设备实时采集底板上的一字激光线分布图并传输给计算机，计算机识别每条激光线相对初始值的位置变化，并根据图像尺寸、摄像设备到底板距离，摄像头的拍摄角度等折算出溶液折射率的变化，从而得出盐腔高度为H1，H2，H3…的水平面上的浓度分布，实现对盐岩室内水溶造腔试验浓度场的实时监测。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、通过光的折射率从外部测定盐腔浓度场，对浓度场本身无扰动。

2、速度快，实践中采集10000个数据点用时87ms。

3、精度高，采用高精度摄像设备，距离测算误差可以将误差控制到0.001g/ml之内。

4、测量不受盐腔大小限制，精度不受影响。

5、设备成本低，无污染，可重复利用性高。

附图说明

图1为一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置结构示意图。

图2为一种激光发射模组支架与激光发射模组示意图。

其中：1-底座；2-立柱；3-岩盐支架；4-底板支架；5-激光发射模组支架；6-激光发射模组；7-计算机(普通)；8-摄像机(普通)；9-待测盐腔；10-底板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

实施例1：

一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，该装置包括：底座1、立柱2、岩盐支架3、底板支架4、激光发射模组支架5、激光发射模组6、计算机7、摄像机8（例如Logitechc920型号）、待测盐腔9、底板10（例如：厚为10mm的纯白色泡沫塑料板）。其特征在于：立柱2、岩盐支架3、底板支架4分别与底座1通过螺栓固定相连，盐岩支架3在立柱2和底板支架4之间；激光发射模组支架5与立柱2通过螺栓固定相连；激光发射模组支架5设有滑槽，激光发射模组6与激光发射模组支架5通过螺栓相连，可以在激光发射模组支架5滑槽中上下滑动，通过在激光发射模组支架5中上下滑动激光发射模组6的位置，可使激光发射模组6发射出互相平行的多条水平的一字形激光线，并可通过旋紧螺栓将激光发射模组6固定在激光发射模组支架5中；摄像机8与立柱2通过螺栓固定相连，通过摄像机8可以完整的拍摄到底板上的画面；计算机7与摄像机8通过数据线连接，可以接受来自摄像机的图像及视频数据。

正在进行二维扩展模拟实验的待测盐腔9（矩形片状，厚度可为10mm、15mm，20mm等，两侧覆盖透明玻璃板并用热蜡密封，中空部分充满不同浓度的盐水，模拟盐腔的水溶扩展，其制作过程不属于本专利范围不予描述）与盐岩支架3通过螺栓辅助环氧树脂系胶结剂固定相连；

底板10与底板支架4通过螺栓固定相连。激光发射模组6、待测盐腔9、底板10的中心在一条水平线上；待测盐腔9与底板10互相平行。

所述的激光发射模组6由10个一字线红光激光发射器（例如：24V 5mW 650nm型号）组成，分别通过螺栓固定在激光发射模组支架5的滑槽中。

一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测的方法，其步骤是：

调整激光发射模组在支架滑槽中的位置，使其发出的光线均能透过盐腔的中空部分水平地投射到底板上，记激光线穿过盐腔部位相对底座的高度分别为H1，H2，H3…H10。

拆除待测盐腔，摄像设备记录此时底板上的激光线分布图，并将图像传送给计算机，计算机对底板上的激光线识别，并记录各条激光线各相对底板底边的高度，标识为初始值。

重新将待测盐腔安装到盐岩支架上，摄像设备实时采集底板上的一字激光线分布图并传输给计算机，计算机识别每条激光线相对初始值的位置变化，并根据图像尺寸、摄像设备到底板距离，摄像头的拍摄角度等折算出溶液折射率的变化，从而得出盐腔高度为H1，H2，H3…H10的水平面上的浓度分布，实现对盐岩室内水溶造腔试验浓度场的实时监测。如下表为某时刻，计算机获取的盐水浓度数据表。

Claims (3)

1.一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，它由底座（1）、立柱（2）、岩盐支架（3）、底板支架（4）、激光发射模组支架（5）、激光发射模组（6）、计算机（7）、摄像机（8）、待测盐腔（9）、底板（10）组成，其特征在于：立柱（2）、岩盐支架（3）、底板支架（4）分别与底座（1）通过螺栓固定相连，盐岩支架（3）在立柱（2）和底板支架（4）之间，激光发射模组支架（5）与立柱（2）通过螺栓固定相连，激光发射模组支架（5）设有滑槽，激光发射模组（6）与激光发射模组支架（5）通过螺栓相连，通过旋紧螺栓将激光发射模组（6）固定在激光发射模组支架（5）中，摄像机（8）与立柱（2）通过螺栓固定相连，计算机（7）与摄像机（8）通过数据线连接，待测盐腔（9）与盐岩支架（3）通过螺栓辅助环氧树脂系胶结剂固定相连，底板（10）与底板支架（4）通过螺栓固定相连。

2.根据权利要求1所述的一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，其特征在于：所述的激光发射模组（6）由5-30个一字线形激光发射器组成，分别通过螺栓固定在激光发射模组支架（5）的滑槽中。

3.根据权利要求1所述的一种盐岩室内水溶造腔试验浓度场监测装置，其特征在于：所述的激光发射模组（6）、待测盐腔（9）、底板（10）的中心在一条水平线上，待测盐腔（9）与底板（10）互相平行。