[發明專利]水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試系統與方法

有效

• 申請號: 201610130626.3
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105716948B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 楊小秋;徐子英;施小斌;許鶴華
• 申請（專利權）人: 中國科學院南海海洋研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N25/20;G01D21/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 孔德超,劉明星

1.一種水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試方法，其通過水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試系統實現，其特征在于，所述水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試系統，其包括三個放置在海水(9)中的耐壓罐，其中，第一耐壓罐(1)中安裝有數據采集單元(11)，第二耐壓罐(2)的第一空腔內安裝有巖石樣品(4)，第三耐壓罐(3)中設置有一第二空腔(31)，所述第一空腔和第二空腔(31)內分別充滿有海水(9)和空氣，所述巖石樣品(4)的中心以及外表面分別安裝第一溫度傳感器(61)和第二溫度傳感器(62)，所述第一空腔的海水(9)中安裝有第三溫度傳感器(63)和壓力傳感器(7)，所述第一溫度傳感器(61)、第二溫度傳感器(62)、第三溫度傳感器(63)和壓力傳感器(7)的輸出端均與數據采集單元(11)的輸入端相連接；所述第二耐壓罐(2)上安裝有與第一空腔相連通的第一排泄閥(21)，所述第二耐壓罐(2)和第三耐壓罐(3)之間還安裝有連通第一空腔和第二空腔(31)的第二排泄閥(22)；

所述巖石樣品(4)的外表面設置有用于對巖石樣品(4)進行封裝的橡膠套(5)；

所述水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試方法，其包括以下步驟：

步驟1、將第一溫度傳感器(61)和第二溫度傳感器(62)分別安置在制備好的圓柱狀巖石樣品(4)的中心和表面，并用橡膠套(5)將巖石樣品(4)進行水密封裝，形成巖石樣品組件；

步驟2、將上述封裝好的巖石樣品組件、第三溫度傳感器(63)以及壓力傳感器(7)，放入第二耐壓罐(2)充滿海水(9)的第一空腔中；

步驟3、通過水密電纜(23)將第一溫度傳感器(61)、第二溫度傳感器(62)、第三溫度傳感器(63)和壓力傳感器(7)電性連接到第一耐壓罐(1)中的數據采集單元(11)上，同時在第二耐壓罐(2)上設置第一排泄閥(21)和第二排泄閥(22)，所述第一排泄閥(21)與第一空腔相連通，所述第二排泄閥(22)的兩端分別與第一空腔和第三耐壓罐(3)的第二空腔(31)相連通，依此形成整套溫度響應系數測試系統；開啟數據采集單元(11)的溫度和壓力采集模塊，開始溫度和圍壓監測；

步驟4、快速加載：利用水下機器人(8)，將整套溫度響應系數測試系統攜帶至海水預定深度，待整套溫度響應系數測試系統溫度達到平衡后，此時平衡后第一溫度傳感器(61)采集的溫度記為第一溫度，壓力傳感器(7)采集的圍壓記為第一圍壓，再利用水下機器人的機械手或水下電機快速打開第一排泄閥(21)，使得第二耐壓罐(2)內的圍壓瞬間升高至海水壓力，此時壓力傳感器(7)采集的圍壓記為第二圍壓，第一溫度傳感器(61)采集的溫度記為第二溫度；

步驟5、快速卸載：待整套溫度響應系數測試系統的溫度再次達到平衡后，此時平衡后第一溫度傳感器(61)采集的溫度記為第三溫度，利用機械手先關閉第一排泄閥(21)，再快速打開第二排泄閥(22)，使得第二耐壓罐(2)內的圍壓瞬間降低，此時壓力傳感器(7)采集的圍壓記為第三圍壓，第一溫度傳感器(61)采集的記為第四溫度；

步驟6、根據步驟4獲取的第一溫度和第二溫度、第一圍壓和第二圍壓，即可獲得快速加載時的溫度差ΔT₁和圍壓差ΔT₁，依此計算水下巖石因快速加載而導致絕熱應力變化的溫度響應系數ΔT₁/Δσ₁，；根據步驟4和步驟5獲取的第三溫度和第四溫度、第二圍壓和第三圍壓，即可獲得快速卸載時的溫度差ΔT₂和圍壓差Δσ₂，依此計算水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數ΔT₂/Δσ₂。

2.根據權利要求1所述的水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試方法，其特征在于，三個溫度傳感器采集的溫度均達到穩定時，則整套溫度響應系數測試系統溫度達到平衡。

3.根據權利要求1所述的水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試方法，其特征在于，所述第二溫度、第四溫度、第二圍壓、第三圍壓采集的時間為相應的排泄閥打開后的10～20s內。

4.根據權利要求1所述的水下巖石絕熱應力變化的溫度響應系數測試方法，其特征在于，溫度差ΔT₁等于第二溫度減去第一溫度，圍壓差Δσ₁等于第二圍壓減去第一圍壓；溫度差ΔT₂等于第四溫度減去第三溫度，圍壓差Δσ₂等于第三圍壓減去第二圍壓。