CN206648926U - 一种基于工业ct的扫描试验仪以及扫描试验系统 - Google Patents

Abstract

一种基于工业CT的扫描试验仪以及扫描试验系统，涉及试验仪器领域，该扫描试验仪包括工业CT机和加载套筒，该加载套筒具有一个压力室和两个相对设置的样品室，当向压力室中充入加压介质时，加压介质会对压力部件造成挤压，从而推动压力部件向着两个相反的方向运动，来对两个样品室中的试验样品进行同步加载。压力室对试验样品施加的压力为加载套筒的内力，对转台产生的压力小，避免影响转台的旋转精度。同时，壳体由滑动配合的上壳体、下壳体与外套筒构成，可以避免添加加压介质的过程对试验样品的旋转造成干扰。该扫描试验系统，包含数据处理设备和上述扫描试验仪，能对试验样品的变化情况进行动态观测，并进行数据收集处理，增加试验效率。

Description

一种基于工业CT的扫描试验仪以及扫描试验系统

技术领域

本实用新型涉及实验装置领域，具体而言，涉及一种基于工业CT的扫描试验仪以及扫描试验系统。

背景技术

瓦斯储存在煤岩体中，并且主要是以腐蚀性有机物质为主的成煤物质，瓦斯气体在生成煤的过程中，是一种可以自动生成生和储存的非常规天然气体。我国很大一部分的富煤盆地基本上都经历了很多周期很多次的地质构造作用的叠加改造，这种多期次的叠加改造促使煤的结构遭受到了不同程度的变形。构造应力促进煤的裂隙及孔隙的发展，随着煤体所受到的形变强度的逐渐增加，构造煤中的孔隙裂隙结构变得更加复杂，甚至对纳米级的孔隙裂隙结构造成了很大的影响。在构造煤岩体发育的区域中经常伴随着煤与瓦斯突出的发生，使开采的难度和危险度增加，而已有资料表明，这种问题经常与其孔隙结构密切相关。

煤储层孔隙裂隙结构及其特征主要可以运用毛细管压力法、扫描电镜法、原子力显微镜及CT扫描法等方法进行深入分析与研究。其中，CT扫描法能给出与试验样品的扫描断面各个层面的图像，具有能够很直观的观察到其成像状态、对煤式样成像分辨率高、对试件结构要求不高的特点，受到人们的广泛关注。

但现有的试验过程中，通常采用将试验样品先通过单轴或多轴压缩仪进行一定负荷的加载后，再将样品移至CT扫描仪中进行扫描。这种方式并不能对试验样品的变形情况进行动态观测。同时，现有的工业CT的试验台难以承受单轴或多轴压缩试验中产生的轴向压力，将单轴或多轴压缩仪放到工业CT上使用变得极为困难，即使勉强移至，对试验所负载的压力的大小也有这很大的限制。再者，为了对试验样品进行全方位扫描，试验样品在负载的同时还需要维持旋转状态，这进一步增加了负载的难度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于工业CT的扫描试验仪，其能够在工业CT扫描仪中，在保持试验样品旋转扫描的情况下对试验样品进行负载试验，从而对试验样品的变形情况进行全方位的动态观测。

本实用新型的另一目的在于提供一种扫描试验系统，其包含数据处理设备和上述扫描试验仪，其能在对试验样品进行负载的同时，对试验样品的变化情况进行全方位的动态观测，并及时收集应力、应变、扫描图等信息，并进行汇总处理，增加试验效率。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种基于工业CT的扫描试验仪，包括：

工业CT机，工业CT机包括射线源、图像采集装置和转台，射线源和图像采集装置分别位于转台的两侧且相对设置。

加载套筒，加载套筒包括壳体，壳体包括上壳体、下壳体以及外套筒，上壳体与下壳体通过连接件固定连接，并形成有供加压介质通过的过液间隙，外套筒活动套设于上壳体与下壳体外侧，并将过液间隙覆盖；上壳体、下壳体与外套筒共同围成活动腔，活动腔可滑动的设置有两个压力部件，两个压力部件将活动腔分隔出一个压力室和两个样品室；两个样品室分别位于压力室的两侧且相对设置；过液间隙位于压力室的室壁上；外套筒设有供加压介质进出压力室的进液口，加压介质进入压力室后，对压力部件进行挤压，并推动两个压力部件朝着相反的方向同时对两个样品室进行压缩。

加载套筒设置于转台上，并与转台同轴设置。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，射线源和图像采集装置分别安装于固定支架上，固定支架设有升降机构。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，固定支架的顶端安装有导轨，射线源和图像采集装置与导轨滑动配合，导轨水平放置，并指向转台方向。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，扫描试验仪还包括支撑架，支撑架设有可沿着支撑架在竖直方向上滑动的夹持部，夹持部用以对外套筒夹持固定。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，上壳体和下壳体与外套筒之间设有第一密封件。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，样品室和压力室之间由隔板隔开，两个隔板之间通过连接件连接；隔板的中部设有通孔，压力部件活动套设于通孔内。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，压力部件包括位于压力室内的第一塞体、位于样品室内的第二塞体、以及连接第一塞体和第二塞体的连杆，连杆套设于通孔内；第一塞体设有供连接件通过的圆孔。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，第一塞体与壳体之间设有第二密封件，第一塞体与连接件之间设有第三密封件，第二密封件和第三密封件用以阻止加压介质通过第一塞体。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，对应样品室的壳体设有进料口，进料口处设有用于控制进料口开闭的盖体，壳体与盖体可拆卸连接。

一种扫描试验系统，包括数据处理设备和上述扫描试验仪。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型提供了基于工业CT的扫描试验仪，包括工业CT机和加载套筒，该加载套筒具有一个压力室和两个相对设置的样品室，当向压力室中充入加压介质时，加压介质会对压力部件造成挤压，从而推动压力部件向着两个相反的方向运动，来对两个样品室中的试验样品进行同步加载。同时，围成压力室的外套同与上壳体和下壳体之间为活动套设，故添加加压介质的过程不会对试验样品的旋转造成任何阻碍。从整体上看，压力室对试验样品施加的压力为加载套筒的内力，不会给工业CT扫描仪的转台带来额外的压力，工业CT扫描仪的试验台只需要承受加载套筒自身的重量，相比于传统用机械单轴向加压的方式来说，对转台的压力更小，不会影响转台的正常旋转。另外，对于两个样品室的试验样品来说，承受的是方向相反，大小相当的力，在扫描过程中可以互为参照，减少随机因素造成的试验误差，让试验结果更加准确。

本实用新型还提供了一种扫描试验系统，其包含数据处理设备和上述扫描试验仪，能在对试验样品进行负载的同时，对试验样品的变化情况进行动态观测，并及时收集应力、应变、扫描图等信息，并进行汇总处理，增加试验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种扫描试验仪的示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种扫描试验仪的加载套筒的剖视图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种扫描试验仪的局部示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种扫描试验仪的压力部件的示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种扫描试验仪的加载套筒与试验样品配合后的剖视图。

图标：10-扫描试验仪；100-工业CT机；110-射线源；120-图像采集装置；130-转台；140-固定支架；150-导轨；160-支撑架；161-夹持部；200-加载套筒；210-壳体；2101-上壳体；2102-下壳体；2103-外套筒；2104-连接件；2105-过液间隙；2106-第一凸棱；2107-第二凸棱；2108-凹槽；211-进料口；212-盖体；220-活动腔；221-压力室；222-样品室；223-进液口；230-压力部件；231-第一塞体；2311-圆孔；232-第二塞体；2321-施力面；2322-受力面；233-连杆；234-隔板；300-试验样品。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

本实施例提供一种基于工业CT的扫描试验仪10，如图1所示，包括工业CT机100和加载套筒200。

工业CT机100包括射线源110、图像采集装置120和转台130，射线源110和图像采集装置120分别位于转台130的两侧且相对设置。加载套筒200设置于转台130上，并与转台130同轴设置。加载套筒200与转台130之间可以通过卡接或螺纹配合等方式进行连接，使加载套筒200可以随着转台130一起绕其轴线方向转动。

射线源110和图像采集装置120分别安装于固定支架140上，固定支架140设有升降机构(图未示)。让射线源110和图像采集装置120可以调整自身高度，来改变对试验样品300的扫描位置。该升降机构可以与计算机系统连接，实现升降过程的自动化，以连续均匀的对试验样品300的各部分进行扫描。

同时，固定支架140的顶端安装有导轨150，射线源110和图像采集装置120与导轨150滑动配合，导轨150水平放置，并指向转台130方向。射线源110和图像采集装置120可以沿着导轨150靠近或远离转台130，来改变其与试验样品300之间的距离。

如图2和图3所示，加载套筒200包括壳体210，壳体210整体为圆筒状，其包括上壳体2101、下壳体2102以及外套筒2103，上壳体2101与下壳体2102通过连接件2104固定连接，使得上壳体2101与下壳体2102在转动的过程中可以保持同步。上壳体2101和下壳体2102之间形成有供加压介质通过的过液间隙2105。外套筒2103活动套设于上壳体2101与下壳体2102外侧，并将过液间隙2105覆盖。上壳体2101靠近外套筒2103的一端向外凸设有第一凸棱2106，下壳体2102靠近外套筒2103的一端向外凸设有第二凸棱2107，对应地，外套筒2103的内表面内凹形成凹槽2108。第一凸棱2106与第二凸棱2107位于凹槽2108内，并分别与凹槽2108的两个侧壁抵接，使得第一凸棱2106和第二凸棱2107可以沿加载套筒200的周向在凹槽2108内滑动。进一步地，为了增加密封性能，在一凸棱和第二凸棱2107与凹槽2108的接触面上设置有第一密封件(图未示)。

上壳体2101、下壳体2102与外套筒2103共同围成一个圆柱形的活动腔220，于活动腔220内可滑动的设置有两个压力部件230，两个压力部件230将活动腔220分隔出沿壳体210轴向排列的一个压力室221和两个样品室222。两个样品室222分别位于压力室221的两侧且相对设置。过液间隙2105位于压力室221的室壁上，同时，外套筒2103上设有供加压介质进出压力室221的进液口223，进液口223与加压介质加载装置(图未示)连接，由加压介质加载装置输送来的加压介质穿过过液间隙2105进入压力室221后，对压力部件230进行挤压，并推动两个压力部件230朝着相反的方向同时对两个样品室222进行压缩。

同时，如图1所示，扫描试验仪10还包括竖直设置的支撑架160，支撑架160上套设有可沿着支撑架160在竖直方向上滑动的夹持部161，夹持部161用以对外套筒2103夹持固定。夹持部161的高度可以根据实际情况进行调节，以达到最佳的夹持效果。在对试验样品300进行扫描时，将外套筒2103进行固定，而上壳体2101和下壳体2102依然可以随着转台130旋转。这样的设置，可以防止添加加压介质时，加压介质加载装置与进液口223连接的管路对旋转扫描的过程造成干扰。

如图2和图4所示，压力部件230包括相对设置的第一塞体231和第二塞体232，第一塞体231塞体位于压力室221内，用于接收压力室221的压力并传到给第二塞体232。第二塞体232位于样品室222内，用于接收由第一塞体231传导而来的压力并将其均匀地分散到试验样品300与第二塞体232的接触面。第一塞体231和第二塞体232均为圆柱状，其外径与壳体210的内径相当，二者之间通过连杆233进行连接。连杆233同样为圆柱状，其外径小于第一塞体231和第二塞体232的外径。第一塞体231、第二塞体232以及连杆233为同轴设置，构成具有近似于“工”字形截面的压力部件230，使其只能沿活动腔220的轴线方向运动，而不会发生翻转。值得注意的是，在本实用新型其它较佳实施例中，第一塞体231和第二塞体232之间也可以不通过连杆233相连，而是直接连接并组合成一个更长的圆柱体，该圆柱体的一个底面与壳体210一起围成压力室221，另一个底面与壳体210一起围成样品室222。

进一步地，如图2和图3所示，在本实施例中，样品室222和压力室221之间由隔板234隔开，隔板234为垂直于壳体210的轴线方向设置的平板，其中部设有通孔(未标示)，压力部件230的连杆233活动套设于通孔内。连杆233可以沿通孔的轴线方向滑动，而第一塞体231和第二塞体232则会受到隔板234的阻挡，以限定压力部件230的活动范围。从而防止压力部件230覆盖或者超过进液口223，使压力室221失去应有的功能。

同时，两个隔板234之间由连接件2104进行连接。在本实施例中，连接件2104的个数为四个，为沿加载套筒200轴线方向设置的四个圆柱体，四个圆柱体环绕加载套筒200的轴线设置。对应地，第一塞体231上设有供连接件2104通过的圆孔2311，连接件2104套设于圆孔2311内与圆孔2311滑动配合，这样的设置，并不会对压力部件230沿加载套筒200轴线方向上的运动造成什么阻碍。并且，连接件2104可以带动压力组件与转台130同步转动，防止压力组件与试验样品300之间出现扭转力，从而影响试验结果。

如上文所说，第一塞体231用于接收压力室221的压力并传到给第二塞体232，要保证压力室221产生足够的压力，压力室221的密闭性要求较高。为了防止加压介质通过第一塞体231与，出现压力不足的情况，于第一塞体231与壳体210之间设有第二密封件(图未示)，同时，在第一塞体231与连接件2104之间设有第三密封件(图未示)。第二密封件和第三密封件的材质可以是硅胶、橡胶、功能塑料等。

同时，如图4和图5所示，第二塞体232用于接收由第一塞体231传导而来的压力并将其均匀地分散到试验样品300与第二塞体232的接触面。第二塞体232包括相对设置的受力面2322和施力面2321，受力面2322面向压力室221，且与连杆233连接，施力面2321面向样品室222，并与试验样品300接触。因此，为了让压力更好地分散，施力面2321为一光滑平面。

进一步地，如图2和图5所示，对应样品室222的壳体210设有供试验样品300进出的进料口211。在本实施例中，由于试验样品300为固定尺寸的圆柱形固体样，所以进料口211设置于壳体210的两端，且进料口211的口径与壳体210的内径相当，让试验样品300可以方便的安装与拆卸。对应地，进料口211处设有用于控制进料口211开闭的盖体212，在本实施例中，壳体210与盖体212之间为可拆卸连接，二者之间通过螺纹件(图未示)进行连接。而在本实用新型的其它较佳实施例中，壳体210与盖体212之间也可以通过一端铰接，另一端卡接或螺纹连接的方式设置，让盖体212在不脱离壳体210的情况下，实现进料口211的开闭。

压力部件230靠近样品室222的一侧设置有压力传感器(图未示)和位移传感器(图未示)，能够及时测量试验样品300受到的应力和产生的应变，并反馈给加压介质加载装置，以及时改变压力室221的压力达到试验所需的数值。

本实施例提供的一种加载套筒200在使用时，先通过进料口211装入试验样品300后，关闭盖体212，并用螺纹件将盖体212锁定。再通过加压介质加载装置向压力室221中充入加压介质，随着加压介质在密闭的加压室内约积越多，加压介质会对第一塞体231造成挤压，从而推动压力部件230向着两个相反的方向运动，并将压力传到至第二塞体232，第二塞体232对两个样品室222中的试验样品300进行同步加载，同时位于压力部件230上的压力传感器和位移传感器会收集试验样品300的应力和应变的信息，并反馈给加压介质加载装置来对压力进行实时调整。为试验样品300负载的压力为加载套筒200的内力，对转台130产生的压力小，避免影响转台130的旋转精度。同时上壳体2101、下壳体2102与外套筒2103之间的滑动配合，可以让外套筒2103保持固定，而让上壳体2101和下壳体2102同步旋转，从而避免添加加压介质的过程对试验样品300的旋转造成干扰。

本实施例还提供一种扫描试验系统，其包含数据处理设备和上述扫描试验仪10，能在对试验样品300进行负载的同时，对试验样品300的变化情况进行动态观测，并及时收集应力、应变、扫描图等信息，并进行汇总处理，增加试验效率。

综上所述，本实用新型提供了基于工业CT的扫描试验仪，包括工业CT机和加载套筒，该加载套筒具有一个压力室和两个相对设置的样品室，当向压力室中充入加压介质时，加压介质会对压力部件造成挤压，从而推动压力部件向着两个相反的方向运动，来对两个样品室中的试验样品进行同步加载。同时，围成压力室的外套同与上壳体和下壳体之间为活动套设，故添加加压介质的过程不会对试验样品的旋转造成任何阻碍。从整体上看，压力室对试验样品施加的压力为加载套筒的内力，不会给工业CT扫描仪的转台带来额外的压力，工业CT扫描仪的试验台只需要承受加载套筒自身的重量，相比于传统用机械单轴向加压的方式来说，对转台的压力更小，不会影响转台的正常旋转。另外，对于两个样品室的试验样品来说，承受的是方向相反，大小相当的力，在扫描过程中可以互为参照，减少随机因素造成的试验误差，让试验结果更加准确。本实用新型还提供了一种扫描试验系统，其包含数据处理设备和上述扫描试验仪，能在对试验样品进行负载的同时，对试验样品的变化情况进行动态观测，并及时收集应力、应变、扫描图等信息，并进行汇总处理，增加试验效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于工业CT的扫描试验仪，其特征在于，其包括：

工业CT机，所述工业CT机包括射线源、图像采集装置和转台，所述射线源和所述图像采集装置分别位于所述转台的两侧且相对设置；

加载套筒，所述加载套筒包括壳体，所述壳体包括上壳体、下壳体以及外套筒，所述上壳体与所述下壳体通过连接件固定连接，并形成有供加压介质通过的过液间隙，所述外套筒活动套设于所述上壳体与所述下壳体外侧，并将所述过液间隙覆盖；所述上壳体、所述下壳体与所述外套筒共同围成活动腔，所述活动腔可滑动的设置有两个压力部件，两个所述压力部件将所述活动腔分隔出一个压力室和两个样品室；两个所述样品室分别位于所述压力室的两侧且相对设置；所述过液间隙位于所述压力室的室壁上；所述外套筒设有供加压介质进出所述压力室的进液口，所述加压介质进入所述压力室后，对所述压力部件进行挤压，并推动两个所述压力部件朝着相反的方向同时对两个所述样品室进行压缩；

所述加载套筒设置于所述转台上，并与所述转台同轴设置。

2.根据权利要求1所述的扫描试验仪，其特征在于，所述射线源和所述图像采集装置分别安装于固定支架上，所述固定支架设有升降机构。

3.根据权利要求2所述的扫描试验仪，其特征在于，所述固定支架的顶端安装有导轨，所述射线源和所述图像采集装置与所述导轨滑动配合，所述导轨水平放置，并指向所述转台方向。

4.根据权利要求3所述的扫描试验仪，其特征在于，所述扫描试验仪还包括支撑架，所述支撑架设有可沿着所述支撑架在竖直方向上滑动的夹持部，所述夹持部用以对所述外套筒夹持固定。

5.根据权利要求1所述的扫描试验仪，其特征在于，所述上壳体和所述下壳体与所述外套筒之间均设有第一密封件。

6.根据权利要求1所述的扫描试验仪，其特征在于，所述样品室和所述压力室之间由隔板隔开，两个所述隔板之间通过所述连接件连接；所述隔板的中部设有通孔，所述压力部件活动套设于所述通孔内。

7.根据权利要求6所述的扫描试验仪，其特征在于，所述压力部件包括位于所述压力室内的第一塞体、位于所述样品室内的第二塞体、以及连接所述第一塞体和所述第二塞体的连杆，所述连杆套设于所述通孔内；所述第一塞体设有供所述连接件通过的圆孔。

8.根据权利要求7所述的扫描试验仪，其特征在于，所述第一塞体与所述壳体之间设有第二密封件，所述第一塞体与所述连接件之间设有第三密封件，所述第二密封件和所述第三密封件用以阻止所述加压介质通过所述第一塞体。

9.根据权利要求1所述的扫描试验仪，其特征在于，对应所述样品室的所述壳体设有进料口，所述进料口处设有用于控制所述进料口开闭的盖体，所述壳体与所述盖体可拆卸连接。

10.一种扫描试验系统，其特征在于，包括数据处理设备和如权利要求1～9任一项所述的扫描试验仪。