[发明专利]一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置

权利要求书

1.一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：包括激光器系统，腔体支架系统，红外检测系统，压力控制系统及数据控制处理系统；

所述激光器系统由激光发射器、光纤、脉冲检测器、光路调整器及石英窗片组成；激光发射器发射激光通过光纤传递，脉冲检测器检测激光信号并传递给光路调整器，最终通过石英窗片发射到腔体支架系统；

所述腔体支架系统包括循环冷却水箱、第一热传导探头、样品支护架、样品舱、第二热传导探头、固定弹簧、带孔顶紧螺栓及内壁加热炉；循环冷却水箱置于仓壁外侧利用冷水流动进行降温，第一热传导探头和第二热传导探头将温度数据传递给温度控制器，样品支护架固定样品，内壁加热炉提供腔体所需温度；

红外检测系统包括光圈、红外镜头、红外检测器、温度控制器；红外检测器利用红外线的热能使得检测器的温度发生改变，获得样品表面温度变化信号，并将数据传递给温度控制器；

压力控制系统包括压力表、阀门、加压泵、高压气舱，提供并控制所需压力，压力表测试腔体内部压力值及加压泵与高压气舱之间压力值，阀门控制加压泵及高压气舱开合，并检验其气密性；

数据控制处理系统包括数据输出端、装置总控板、计算机处理系统及供电单元，数据输出端向计算机处理系统实时同步输出数据，并利用计算机处理系统处理数据，装置总控板可调控压力和温度的高低，供电单元为各系统提供电力支持。

2.根据权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：通过改变气压，营造不同压力条件氛围并利用激光闪射法测试岩石的导热率。

3.根据权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：样品支护架围绕样品舱一周立有四根可拆卸竖杆，竖杆上皆装配传感器，用于固定样品并确定样品移动变形轨迹及测试样品外表面温度。

4.根据权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：在所述样品支护架下端利用带孔顶紧螺栓将其与下部结构相连固定，螺栓中空结构便于下部红外检测系统检测上部传来的信号，减少误差。

5.根据权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：在所述压力控制系统处设置双阀门与压力表，以检验气密性，保证气密性良好。

6.根据权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：在试样下部热传导探头背面设置四个固定弹簧，提供一个不影响力学实验的压力，抵消因压力改变而造成装置之间的相对位移。

7.根据权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置，其特征在于：在样品下表面设置热传导探头，同时样品舱下侧设置红外检测器，不同位置的温度检测有效减少气压对激光闪射法测导热率的影响。

8.采用权利要求1所述的一种模拟不同压力下测试岩石导热率的分析实验装置进行分析实验的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：试验前检测高压气舱内部条件，开合第一阀门及第二阀门，并通过第一压力表及第二压力表检测系统气密性；补充循环冷却水箱内部水量；开启供电单元，检测各单元通电情况；

步骤二：利用游标卡尺和电子秤对试件的质量和尺寸进行测量并记录，并计算出其他的参数，试样的厚度依据其已有资料的热扩散系数决定，要求试样无开口气孔或贯通气孔，磨光试样端面并使两端面平行，保证其两端面与第一热传导探头及第二热传导探头接触良好；测试前在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层，阻止激光射线并可观察波长段热辐射的穿透；

步骤三：将试件安装于样品舱中，固定好第一热传导探头及第二热传导探头，拧紧带孔顶紧螺栓，并安装好样品支护架的支护竖杆；

步骤四：通过装置总控板调节气压，分级加压，每个压力梯度达到稳定时，通过温度控制器开启内壁加热炉，开始加热至腔体达到所需的温度并保持稳定，通过装置总控板调节压力控制系统，打开第一阀门，读取第一压力表数值，待稳定后打开第二阀门，待第二压力表稳定后读取数值，此时第二压力表的数值即腔体内部的数值；

步骤五：开始给激光发射器电容组充电，激光脉冲照射试样正面使试样上表面温度瞬时升高，第一热传导探头将试样上表面温度信号传递给温度控制器，同时第二热传导探头将试样下表面温度信号传递给温度控制器，记录热流变化量，温度控制器将数据通过数据输出端传递给计算机处理系统，计算机处理系统绘出试样下表面瞬态温升曲线并通过以上数据计算出导热率测量值；

步骤六：利用循环冷却水箱冷却腔体，达到同样温度时继续加压，上升一个压力梯度时重复上述步骤，利用计算机处理系统绘出不同压力下导热率变化曲线；

步骤七：根据不同试验要求，控制不同压力，不同温度环境即改变内壁加热炉的温度值来重复性进行上述步骤，获得重复性实验结果。