CN113030133A - 一种用于冰碛土ct扫描的恒温控制装置 - Google Patents

一种用于冰碛土ct扫描的恒温控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，包括样品室、加热系统、制冷系统和温控系统；样品室内设有支撑样品的多孔隔板；加热系统包括PTC加热片、设置于PTC加热板表面的散热片、及导流风扇；制冷系统包括半导体制冷片和散热组件，半导体制冷片的吸热端与PTC加热片接触、散热端与散热组件接触；温控系统包括微电脑数字温控器和用于监测被检测样品温度的温度传感器，微电脑数字温控器分别连接温度传感器、PTC加热片和半导体制冷片。本发明的有益效果：满足冰碛土零上温度扫描和零下温度扫描；样本室与加热系统和制冷系统的电子元件相对独立，防止电子元件对扫描图像质量的影响；实现近距离扫描，从而获得高分辨率的CT图像。

Description

一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置
技术领域
本发明涉及岩土工程、石油天然气工程技术领域，尤其涉及一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置。
背景技术
川藏铁路沿线地质环境极其复杂，冰碛土等不良地质极为发育，造成冰崩、冰川泥石流、冰湖溃决等多种地质灾害，给川藏铁路的施工和安全运营带来很大的挑战。冰碛土作为冰川泥石流的主要物源物质，无定向，无分选，无磨圆，形成了特殊的物理力学性质。受到季节温度变化和全球变暖的影响，冰雪消融造成冰碛土结构破坏，地质灾害频发，因此亟需深入研究冻融条件下冰碛土的工程地质特性。
工业CT扫描作为一种无损检测方式，以高精度的分辨率和清晰直观的展示方式广泛应用于岩土工程，石油天然气，生物医学等领域。工业CT扫描通过X射线对样品进行连续分层扫描，可以建立微米级别的高精度地质模型。进而研究者可以从中提取试样内部的各种信息，如冰碛土内部的孔隙结构特征，冰土分布，变形规律，裂隙演化等，并对各种信息进行定量表征，探究冰碛土物理力学特性的演化规律，为铁路建设提供基本参数和可行的解决方案。
然而冰碛土CT扫描所需的时间长，室温环境会导致冰碛土在扫描过程中融化，孔隙结构改变，因此扫描需在恒温室内进行。目前用于工业CT扫描的恒温设备如CN111650224A一种用于工业CT扫描的恒温恒湿装置，通过红外灯管和加湿器对恒温室内的温度和湿度进行调控，然而该装置只能对恒温室进行加热，不能进行零下温度的扫描。因此，亟需设计一种用于工业CT扫描，且同时具备低温扫描和高温扫描的恒温装置。
发明内容
有鉴于此，为了解决被检测冰碛土样品需要在特定温度条件下进行扫描的难题，本发明的实施例提供了一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置。
本发明的实施例提供一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，包括样品室、加热系统、制冷系统和温控系统；
所述样品室内设有用于支撑被检测样品的多孔隔板；
所述加热系统包括PTC加热片、设置于所述PTC加热板表面的散热片、及设置于所述散热片与所述多孔隔板之间的导流风扇，所述导流风扇用于向所述多孔隔板吹气；
制冷系统包括半导体制冷片和散热组件，所述半导体制冷片的吸热端与所述PTC加热片接触、散热端与所述散热组件接触；所述散热组件包括水箱、设置于所述水箱内的水泵、与所述半导体散热端接触的水冷头、及连接所述水冷头与所述水泵的水排；
所述温控系统包括微电脑数字温控器和用于监测被检测样品温度的温度传感器，所述微电脑数字温控器分别连接所述温度传感器、所述PTC加热片和所述半导体制冷片，所述微电脑数字温控器在被检测样品低于预设温度时启动所述PTC加热片、关停所述半导体制冷片；在被检测样品高于预设温度时关停所述PTC加热片、启动所述半导体制冷片。
进一步地，还包括用于对所述样品室扫描的CT扫描仪。
进一步地，所述样品室为圆柱形容器，所述样品室上端开口且设有用于密封所述样品室上端口的保温盖，所述样品室的表面设有保温层。
进一步地，所述PTC加热片、所述半导体制冷片和所述水冷头由上至下依次重叠。
进一步地，所述样品室底部设有缺口，所述散热片由所述缺口插入所述样品室内，所述PTC加热片设置于所述样品室的外部。
进一步地，所述水箱表面还设有散热风扇，所述散热风扇位于所述水排的一侧。
进一步地，所述PTC加热片与所述散热片之间通过导热硅胶粘接。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，通过PCT加热片对样品室内加热以及通过半导体制冷片对样品室降温，满足了冰碛土CT扫描过程中零上温度扫描和零下温度扫描的需求；样本室与加热系统和制冷系统的电子元件相对独立，可以防止电子元件对扫描图像质量的影响；另外该恒温控制装置体积小，质量轻，可以实现对样品的近距离扫描，从而获得高分辨率的CT图像。
附图说明
图1是本发明一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置的立体图；
图2是图1中样品室1的剖面示意图；
图3是图1中样品室1的底部示意图；
图4是图1中水箱11的立体示意图；
图5是图1中水箱11的剖面示意图；
图6是本发明一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置的电路连接示意图。
图中：1-样品室、2-散热片、3-导流风扇、4-温度传感器、5-多孔隔板，6-被检测样品、7-保温盖、8-半导体制冷片、9-水冷头、10-水泵、11-水箱、12-PTC加热片、13-水排、14-微电脑数字温控器、15-18预留电路通道、19-线缆、20-螺栓、21-散热风扇、22-缺口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，包括样品室1、加热系统、制冷系统和温控系统。
具体的，请参考图2和3，所述样品室1为圆柱形容器，所述样品室1上端开口，所述样品室1上端还设有用于密封所述样品室1上端口的保温盖7，所述保温盖7与所述样品室1上端口可拆卸连接，方便待检测样品的放入或取出。可以在所述样品室1的表面设置保温层，使所述样品室1尽量要隔热保温，以降低外部环境对所述样品室内的影响。这里所述样品室1由可以被X射线穿透的保温隔热材料聚苯乙烯泡沫制成。
所述样品室1内设有用于支撑被检测样6品的多孔隔板5，所述多孔隔板5为圆盘状，设置于所述样品室1的中部，所述多孔隔板5的边缘与所述样品室1的内壁贴合并固定连接。所述多孔隔板5用于承托被检测样品6，实现所述样品室1内气流均匀流动。
请参考图4和5，所述加热系统包括PTC加热片12、设置于所述PTC加热板12表面的散热片2、及设置于所述散热片2与所述多孔隔板5之间的导流风扇3。这里所述样品室1底部设有缺口22，所述散热片2由所述缺口22插入所述样品室1内，所述散热片2的下部与所述缺口22的边缘固定，所述PTC加热片12与所述散热片2之间通过导热硅胶粘接。所述导流风扇3恰好设置于所述多孔隔板5和所述散热片2之间，将所述散热片2上部的气流吹向所述多孔隔板5。
所述制冷系统设置在所述PTC加热板12之下，所述制冷系统包括半导体制冷片8和散热组件。所述半导体制冷片8的吸热端朝上设置与所述PTC加热片12的下部接触，所述半导体制冷片8的散热端朝下与所述散热组件接触，并通过导热硅胶粘接。所述半导体制冷片8的吸热和所述PTC加热片12之间通过导热硅胶粘接。当所述半导体制冷片8工作时，其吸热端吸收所述PTC加热片12热量，使所述PTC加热片12周围空气降温，并通过导流风扇3将冷气均匀吹向整个样品室1。
所述散热组件用于对所述半导体制冷片8的散热端进行散热降温。所述散热组件包括水箱11、设置于所述水箱11内的水泵10、与所述半导体制冷片8散热端接触的水冷头9、及连接所述水冷头9与所述水泵10的水排13。所述PTC加热片12、所述半导体制冷片8和所述水冷头9由上至下依次重叠。所述水箱11由亚克力板材料制成，所述水箱11内存储有冷却液，所述水泵10设置于所述水箱11的底部，所述水冷头9的入口端通过所述水排13连接所述水泵10，所述水冷头9的出口端回流至所述水箱11内。
所述水泵10抽吸所述水箱11内的冷却液，流入所述水冷头9，在所述水冷头9内冷却液与所述半导体制冷片8的散热端进行换热，然后在由所述水冷头9的出口端流回所述水箱11，形成循环散热管路。所述冷排13为多次弯折结构，与所述水箱11内的冷却液有较大的接触面积，提高换热效率。另外所述水箱11表面还设有散热风扇21，所述散热风扇21位于所述水排13的一侧，加快水排13散热。
在本实施例中，所述样品室1固定于所述水箱11之上，所述散热片下部设有多个螺栓20，并通过这些螺栓0与所述水箱11上部连接，同时所述散热片2将所述PTC加热片12、所述半导体制冷片8和水冷头9压紧固定。
请参考图6，所述温控系统包括微电脑数字温控器14和用于监测被检测样品6温度的温度传感器4，所述温度传感器4设置于所述样品室1的侧壁上。所述微电脑数字温控器14分别连接所述温度传感器4、所述PTC加热片12和所述半导体制冷片8，所述微电脑数字温控器14在被检测样品6低于预设温度时启动所述PTC加热片12、关停所述半导体制冷片8；在被检测样品6高于预设温度时关停所述PTC加热片12、启动所述半导体制冷片8。
所述微电脑数字温控器14还分别连接所述导流风扇3、所述水泵10和所述散热风扇21，用以分别控制它们的启停。这里所述微电脑数字温控器14通过多根线缆19分别连接所述温度传感器4、所述PTC加热片12和所述半导体制冷片8、所述导流风扇3、所述水泵10和所述散热风扇21，所述样品室1的侧壁和所述水箱11的表面分别设有预留电路通道15、16、17、18，用以供布置线缆19。
另外，上述用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置还包括用于对所述样品室1扫描的CT扫描仪，上述用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置可以直接放在所述CT扫描仪的载物台上进行旋转扫描。圆柱形的样品室1防止CT扫描过程中载物台旋转导致触碰到X射线发射器，造成仪器的损坏。
上述用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，可以满足冰碛土CT扫描过程中零上温度扫描和零下温度扫描的需求。具体而言，所述微电脑数字温控器14可以控制所述PTC加热片12加热或控制所述半导体制冷片8降温，所述PTC加热片12加热时，所述散热片2传导热量，并通过所述导流风扇3将热量均匀吹向所述多孔隔板5，分布至整个样品室1，直至温度到达预设温度时，所述微电脑数字温控器14控制所述PTC加热片12停止工作；所述半导体制冷片8工作时吸热端降温时，使所述PTC加热片12降温，所述散热片2附近产生冷空气，所述导流风扇3将冷空气传递至整个样品室2，同时所述散热组件对所述半导体制冷片8的散热端进行散热。当所述样品室1内的温度降低到预设温度后，所述微电脑数字温控器14控制半导体制冷片8停止工作。这样，通过控制所述PTC加热片12加热或控制所述半导体制冷片8降温，保证所述样品室1内处于恒温状态。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：包括样品室、加热系统、制冷系统和温控系统；
所述样品室内设有用于支撑被检测样品的多孔隔板；
所述加热系统包括PTC加热片、设置于所述PTC加热板表面的散热片、及设置于所述散热片与所述多孔隔板之间的导流风扇，所述导流风扇用于向所述多孔隔板吹气；
制冷系统包括半导体制冷片和散热组件，所述半导体制冷片的吸热端与所述PTC加热片接触、散热端与所述散热组件接触；所述散热组件包括水箱、设置于所述水箱内的水泵、与所述半导体散热端接触的水冷头、及连接所述水冷头与所述水泵的水排；
所述温控系统包括微电脑数字温控器和用于监测被检测样品温度的温度传感器，所述微电脑数字温控器分别连接所述温度传感器、所述PTC加热片和所述半导体制冷片，所述微电脑数字温控器在被检测样品低于预设温度时启动所述PTC加热片、关停所述半导体制冷片；在被检测样品高于预设温度时关停所述PTC加热片、启动所述半导体制冷片。
2.如权利要求1所述的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：还包括用于对所述样品室扫描的CT扫描仪。
3.如权利要求1所述的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：所述样品室为圆柱形容器，所述样品室上端开口且设有用于密封所述样品室上端口的保温盖，所述样品室的表面设有保温层。
4.如权利要求1所述的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：所述PTC加热片、所述半导体制冷片和所述水冷头由上至下依次重叠。
5.如权利要求1所述的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：所述样品室底部设有缺口，所述散热片由所述缺口插入所述样品室内，所述PTC加热片设置于所述样品室的外部。
6.如权利要求1所述的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：所述水箱表面还设有散热风扇，所述散热风扇位于所述水排的一侧。
7.如权利要求1所述的一种用于冰碛土CT扫描的恒温控制装置，其特征在于：所述PTC加热片与所述散热片之间通过导热硅胶粘接。
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