CN206804562U - 一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的在于提出一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其中，数控泵的泵口与柱型腔的进液口用进液胶管相连，柱型腔竖直放置于固定台上，柱型腔的出液口与出液胶管连接，数控阀门安置于柱型腔的出液口下方并夹持在出液胶管上，最终将待测样品放置于柱型腔内部并将装置组装完好，达到入射束可从通光孔射入并在待测样品处发生相干散射，散射束从另一通光孔射出并由探测器收集相干散射信号，后期通过图像与数据处理的方式定量化、无损化的研究不同含水率下煤岩多孔介质的亚微观结构表征的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料亚微观结构表征领域，具体涉及一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，能够作为样品环境测试舱用于小角散射(小角X射线散射、小角中子散射)等精密实验中。
背景技术
煤岩多孔介质亚微观结构表征对于研究煤层气资源开发、煤岩作用机理、煤与瓦斯突出防治具有重要意义。影响煤岩亚微观结构的因素有很多，如地应力、温度、孔隙压力、含水率等。目前研究煤岩亚微观结构的常用方法有：扫描电子显微镜法、透射电子显微镜法、氮气吸附法和压汞法。其中，扫描电镜法和透射电镜法仅能观察到待测样品某个剖面局部孔隙裂隙信息，这两种方法局限于煤岩孔隙裂隙的定性和半定量分析，对于研究其整个空间分布规律还存有较大的困难；氮气吸附法和压汞法需要对样品进行预处理，会造成待测样品的永久破坏，并且这两种方法仅能提供开放孔隙的定量信息，不能反映封闭孔隙的信息。如何对煤岩亚微观结构进行定量化、无损化的具象表征成为了该领域研究的重中之重，为了解决这一科学问题，通常会运用小角散射的技术。当入射束(通常为中子，X射线)照射到试样上，若试样内部存在几纳米到几百纳米尺度范围电子密度起伏时，则会在入射束附近(通常为0.05°～5°)发生相干散射，称为小角散射(SAS)。小角散射是研究材料内部纳米尺度范围物质几何结构和形态特征的一种重要物理手段，具有精度高、准直性好、非破坏性、非预处理样品、液体和固体类样品、开放孔隙和封闭孔隙均可测试等优点，因此被广泛应用于纳米多孔材料、高聚物和生物大分子等领域，尤其在煤岩多孔介质亚微观结构表征方面具有独特优势。
目前国内小角散射技术正处于起步阶段，原位环境设备的设计也尚未开发，尤其是煤岩在不同含水率下亚微观结构表征的实验研究甚少，而开展不同含水率煤岩的亚微观结构表征试验研究，对煤层气资源开发以及煤与瓦斯突出危险性预测具有一定的指导意义与参考价值。基于上述现状，迫切需要研发一种能够作为样品环境测试舱用于小角散射等精密实验的装置来研究不同含水率下煤岩多孔介质。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，以定量化、无损化的研究不同含水率下煤岩多孔介质的亚微观结构表征。
其中，数控泵的泵口与柱型腔的进液口用进液胶管相连，柱型腔竖直放置于固定台上，柱型腔的出液口与出液胶管连接，数控阀门安置于柱型腔的出液口下方并夹持在出液胶管上，最终将待测样品放置于柱型腔内部并将装置组装完好，达到入射束可从通光孔射入并在待测样品处发生相干散射，散射束从另一通光孔射出并由探测器收集相干散射信号，后期通过图像与数据处理的方式定量化、无损化的研究不同含水率下煤岩多孔介质的亚微观结构表征的目的。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，包括：
数控泵、柱型腔、水槽、固定台、进液胶管、出液胶管和数控阀门，所述数控泵的泵口与所述柱型腔的进液口用所述进液胶管相连，所述柱型腔竖直放置于所述固定台上，所述柱型腔的出液口与所述出液胶管连接，所述数控阀门安置于所述柱型腔的出液口下方并夹持在所述出液胶管上，所述水槽放置在所述固定台两侧。
优选地，所述柱型腔为铝合金材质做成；所述柱型腔内部的密封圈要紧密压实放置；所述柱型腔内部选用金刚石薄片；所述柱型腔的通光孔两侧内部与金刚石片通过聚酰亚胺(Kapton)薄膜用502胶水耦合连接；所述柱型腔的压实垫台与待测样品紧密贴合；所述柱型腔的两个半圆柱盘通过内六角螺丝钉旋紧带压贴合的过程中要保证每颗内六角螺丝钉旋紧程度一致，避免柱型腔受力不均在两个半圆柱盘贴合部产生缝隙，保证腔体内部的密闭性。
优选地，所述柱型腔在放置于所述固定台的过程中保证柱型腔的进液口与出液口在同一竖直方向上。
优选地，放置柱型腔时在柱型腔与固定台接触处划线标注，每次进行小角散射实验都均按照标注处进行装置的安置，保证实验装置在不同实验过程中保持原位状态。
与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：
本实用新型述及的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，具有进液系统、射线成像系统、排液系统和原位系统，设计合理、安装简单、成本低廉，有效的解决了基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的问题；所选用的柱型腔为铝合金材质，中子射线对铝合金材质极不敏感，但可以敏锐地捕捉到流体中的氢原子，故本实用新型实施例不仅可用于X射线条件下的小角散射实验，也可用于中子射线条件下的小角散射实验；所选用的柱型腔内的金刚石薄片，其入射束(X射线、中子)透过率高，可有效减少背底散射，提高实验的准确性；所选用的柱型腔内部的压实垫台可有效防止小角散射过程中待测样品跑偏；所选用的数控泵和数控阀门可以实现远程操控，规避了射线照射过程中人直接操作的风险；本实用新型所述及的实用新型实施例具有良好的密封性，且通过数控阀门的闭合来控制待测样品在水中浸泡时间的长短来控制待测样品的不同含水率，方法简易高效；整体装置操作过程简单，平台搭设小巧方便。
附图说明
图1为本实用新型实施例的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的柱型腔原位状态搭设的立体结构示意图；
图3为本实用新型实施例的柱型腔的拆分立体结构示意图；
图中图中：1—数控(微型)泵；2—柱型腔；3—水槽；4—固定台；5—进液胶管；6—出液胶管；7—数控阀门；8—入射束流；9—前半圆柱盘；10—密封圈；11—聚酰亚胺(Kapton)薄膜；12—金刚石薄片；13—待测样品；14—压实垫台；15—后半圆柱盘。
具体实施方式：
下面对本实用新型做进一步描述，但本实用新型的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围。
结合图1、图2、图3所示，示出了一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其中，液体例如为水，但不局限于水，故待测样品例如为岩石，但可以为岩石之外的其他例如煤等多孔介质；本实用新型的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其中：
将前半圆柱盘9、密封圈10、两片聚酰亚胺(Kapton)薄膜11、待测样品13、两个金刚石薄片12、压实垫台14和后半圆柱盘15按照图3所示位置进行组装，组装完即为完整的所述柱型腔2，所述数控泵1的泵口与所述柱型腔2的进液口用所述进液胶管5相连，所述柱型腔2竖直放置于所述固定台4上并在柱型腔2与固定台4接触处划线标注，所述柱型腔2的出液口与所述出液胶管6连接，所述数控阀门7安置于所述柱型腔2的出液口下方并夹持在所述出液胶管6上，所述水槽3放置在所述固定台4两侧。
结合图1、图2所示，组装完毕本实用新型后，在水槽3中加适量水，人员撤至安全试验区域，远程控制数控泵1、数控阀门7和射线成像谱仪进行实验。首先开启成像谱仪使入射束流8通过通光孔并在待测样品处发生相干散射，再开启数控泵1进行抽液，使水通过进液胶管5进入所述柱型腔2，使待测样品13浸泡在水中，当待测样品13完全浸泡在水中时，控制数控泵1关闭，停止抽液，通过探测器收集待测样品13的散射信号，小角散射实验结束时，控制数控阀门7打开，使水通过出液胶管6流入水槽3中，当水排至无法流出时，控制数控阀门7闭合。
本实用新型最终将待测样品放置于柱型腔内部并将装置组装完好，达到入射束可从通光孔射入并在待测样品处发生相干散射，散射束从另一通光孔射出并由探测器收集相干散射信号，后期通过图像与数据处理的方式定量化、无损化的研究不同含水率下煤岩多孔介质的亚微观结构表征的目的。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其特征在于：所述基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置包括：
数控泵、柱型腔、水槽、固定台、进液胶管、出液胶管和数控阀门，所述数控泵的泵口与所述柱型腔的进液口用所述进液胶管相连，所述柱型腔竖直放置于所述固定台上，所述柱型腔的出液口与所述出液胶管连接，所述数控阀门安置于所述柱型腔的出液口下方并夹持在所述出液胶管上，所述水槽放置在所述固定台两侧。
2.根据权利要求1所述的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其特征在于：所述柱型腔为铝合金材质，所述柱型腔的组成为两个半圆柱盘、密封圈、两片聚酰亚胺(Kapton)薄膜、两个金刚石薄片，压实垫台，其中密封圈安置于两个半圆柱盘内表面的圆环形凹槽处，两个半圆柱盘通过内六角螺丝钉旋紧带压贴合，两个半圆柱盘中部开有通光孔，通光孔两侧内部与金刚石片通过聚酰亚胺(Kapton)薄膜耦合连接，压实垫台放置在金刚石片之间用以保证待测样品不偏离。
3.根据权利要求2所述的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其特征在于：所述柱型腔在放置于所述固定台的过程中保证柱型腔的进液口在上方、出液口在下方，且进液口与出液口在同一竖直线上，用以保证进水、排水过程的顺利进行。
4.根据权利要求2所述的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其特征在于：所述柱型腔内部的密封圈在放置过程中要反复压实，两个半圆柱盘在通过内六角螺丝钉旋紧过程中也要保证充分旋紧，保证内部腔体空间的密封性。
5.根据权利要求2所述的基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，其特征在于：所述柱型腔第一次放置在所述固定台上时在柱型腔与固定台接触处划线标注，每次进行小角散射实验都均按照标注处进行装置的安置，保证实验装置在不同实验过程中保持原位状态，排除无关因素的干扰。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114216930A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 中国矿业大学(北京) | 岩体导热率测试设备及测试系统 |
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2017
- 2017-05-31 CN CN201720622633.5U patent/CN206804562U/zh not_active Expired - Fee Related
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