CN202676668U

CN202676668U - 不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置

Info

Publication number: CN202676668U
Application number: CN 201220232032
Authority: CN
Inventors: 胡高伟; 程军; 业渝光; 刘昌岭
Original assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-05-22

Abstract

本实用新型涉及一种实验装置，尤其涉及一种水合物声响应模拟的实验装置。本实用新型的不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置，包括高压反应釜，高压反应釜侧面设置通孔，通孔与压力控制系统连接，水合物沉积物设置在高压反应釜中，水合物沉积物的上下两侧分别设有声学换能器，水合物沉积物内设有时域反射探针，声学换能器、时域反射探针分别通过数字采集卡与计算机处理系统连接；高压反应釜内设有固定杆，固定杆卡在上侧的声学换能器顶端；高压反应釜设置在温控箱内。本发明可满足不同类型沉积物的测量需要，对每个样品均可在同一系统中同时探测其水合物饱和度与纵横波速度，在水合物地球物理研究中更具实用价值。

Description

不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，尤其涉及一种水合物声响应模拟的实验装置。

背景技术

天然气水合物广泛分布于世界大陆边缘海底沉积物和永久冻土地带，由于需要极为苛刻的温度、压力条件，水合物样品的采集往往比较困难，获取的样品尺寸可能大小不一，如在获取的各类样品中进行水合物的重生成实验，并在水合物生成和分解过程中探测其物理性质（如声学特性），具有较大的难度。但对各类实际样品进行实验，对研究水合物的形成机理和地球物理响应特征具有重要的学术意义和实用价值，如何满足各类样品在同一装置中进行水合物的形成实验，并在水合物生成和分解过程中探测其饱和度与声学参数，主要取决于实验装置的设计与制造。

目前国内外进行水合物声学响应研究的实验室，其实验装置大多对单一尺寸的样品进行研究，适合于对人工沉积物或易于采集的野外样品进行水合物声学响应特征研究，如英国南安普顿大学和我国青岛海洋地质研究所采用的装置，分别研究了天然砂和人工烧制的固结岩心中水合物饱和度与声速的关系；部分实验室可以研究不同长度样品的声学特性，但不能改变样品直径。但由于含水合物样品的获取难度大，因为其样品尺寸不足而放弃研究声学特性等物性参数，对水合物研究是一种损失。

实用新型内容

本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置，其可适应不同尺寸样品的实验，并同时进行声学与TDR探测。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括高压反应釜，高压反应釜侧面设置通孔，通孔与压力控制系统连接，水合物沉积物设置在高压反应釜中，水合物沉积物的上下两侧分别设有声学换能器，水合物沉积物内设有时域反射探针，声学换能器、时域反射探针分别通过数字采集卡与计算机处理系统连接；高压反应釜内设有固定杆，固定杆卡在上侧的声学换能器顶端；高压反应釜设置在温控箱内。

高压反应釜包括外筒体、内筒体，内筒体放置在外筒体内，水合物沉积物设置在内筒体中。高压反应釜的外筒体可安装直径不同的内筒体，以适应不同直径尺寸的沉积物样品。固定杆的长度可调整，样品高度的变化则可通过可变长度顶杆来适应。探测系统由声学探测技术（弯曲元技术或传统超声技术）与TDR技术组成，可同时进行声学参数和水合物饱和度的探测。其中声学探测包括纵、横波一体化的发、收换能器一对，采用加拿大GaGe公司的高速数据采集卡，提高超声探测灵敏度。TDR探测采用Campbell公司的TDR100仪确定样品中天然气水合物的饱和度。

本实用新型的内筒体是最核心的部件，由聚四氟乙烯制作的，经过特别的设计与加工，使内筒体可适应不同尺寸样品的实验，并同时进行声学与TDR探测。

本工作通过特别的设计，将不同直径的内筒体和不同长度的固定杆结合起来，可以针对不同长度和粗细的水合物沉积物样品进行实验，同时将传统超声探测技术、弯曲元声学探测技术和时域反射技术（TDR）结合在一起，可满足不同类型沉积物的测量需要，对每个样品均可在同一系统中同时探测其水合物饱和度与纵横波速度，在水合物地球物理研究中更具实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1.高压反应釜；2.外筒体；3.内筒体；4.时域反射探针；5.声学换能器；6.固定杆；7.通孔；8.压力控制系统；9.数字采集卡；10.计算机处理系统；11.温控箱；12.水合物沉积物。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置，包括高压反应釜1，高压反应釜1侧面设置通孔7，通孔7与压力控制系统8连接，水合物沉积物12设置在高压反应釜1中，水合物沉积物12的上下两侧分别设有声学换能器5，水合物沉积物12内设有时域反射探针4，声学换能器5、时域反射探针4分别通过数字采集卡9与计算机处理系统10连接；高压反应釜1内设有固定杆6，固定杆6卡在上侧的声学换能器5顶端；高压反应釜1设置在温控箱11内。

高压反应釜1包括外筒体2、内筒体3，内筒体3放置在外筒体2内，水合物沉积物12设置在内筒体3中。固定杆6的长度可调整。

其中高压反应釜盖上安装九针密封柱和金属固定杆6，分别用于接探测装置的信号线和顶压或固定声学换能器5；高压反应釜1内有一能方便拿出的内筒体3，内筒体3由聚四氟乙烯经特别的设计与加工制作而成，通过更换不同直径的内筒体3和不同长度的固定杆6，可适应各种不同尺寸水合物沉积物12的实验。水合物沉积物12放入内筒体3中与之紧密接触。内筒体3的上面没有盖，底面及侧面的上、下部各有一孔，水合物沉积物12的上、下面连接声学换能器5，保证可以收到声波换能器发出的声波。在内筒体3的内壁有一环型金属片连接时域反射探针4，可同时进行声学与TDR探测。声学信号与TDR探测信号经数字采集卡9直接进入计算机处理系统10进行数据处理。把盛水合物沉积物的反应釜1放入温控箱11中，采用水冷与风冷结合的方法制冷。在反应釜的进气管道上装有压力表，用来检测气压变化。通过压力传感器及热电偶，在计算机上可监测反应釜及沉积物的压力及温度变化。本发明装置实现了对不同尺寸含水合物样品进行声学与TDR两种先进技术的同时探测。

当使用时，其具体步骤为：（1）根据样品尺寸选择合适的内筒体3和固定杆6长度，把水合物沉积物12放入内筒体并加水至饱和。（2）安装好各种探测装置。（3）整个系统抽真空后，加入一定压力的气体，静置，使气体溶于水溶液。（4）启动降温系统，使水合物生成。（5）探测、记录各种参数。

本实验装置操作方便、安全。在实际工作中根据需要可更换不同直径的内筒和调节顶杆长度进行不同尺寸样品的声学探测和时域反射(TDR)探测。

Claims

1.一种不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置，包括高压反应釜（1），高压反应釜（1）侧面设置通孔（7），通孔（7）与压力控制系统（8）连接，水合物沉积物（12）设置在高压反应釜（1）中，其特征在于，水合物沉积物（12）的上下两侧分别设有声学换能器（5），水合物沉积物（12）内设有时域反射探针（4），声学换能器（5）、时域反射探针（4）分别通过数字采集卡（9）与计算机处理系统（10）连接；高压反应釜（1）内设有固定杆（6），固定杆（6）卡在上侧的声学换能器（5）顶端；高压反应釜（1）设置在温控箱（13）内。

2.根据权利要求1所述的不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置，其特征在于，高压反应釜（1）包括外筒体（2）、内筒体（3），内筒体（3）放置在外筒体（2）内，水合物沉积物（12）设置在内筒体（3）中。

3.根据权利要求2所述的不同尺寸样品中水合物声响应模拟实验的自适应装置，其特征在于，固定杆（6）的长度可调整。