[發(fā)明專利]可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011128715.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112198071A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫文峰;劉師成;白麗麗;付光杰;閆鐵;李錚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/317
• 分類號(hào): G01N3/317
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 曹愛華

1.一種可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：這種可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括高壓電脈沖等離子體破巖裝置、巖石試樣（4）、監(jiān)測(cè)裝置，巖石試樣（4）的頂面設(shè)置電極孔洞（5），電極孔洞（5）附近設(shè)置膨脹螺栓孔洞（7），巖石試樣（4）的各表面都均勻設(shè)置彈性板孔洞（6）；高壓電脈沖等離子體破巖裝置包括同軸式電極（1）、三級(jí)式火花開關(guān)、脈沖充電電源、高能儲(chǔ)能電容，同軸式電極（1）通過膨脹螺栓固定于巖石試樣（4）上，脈沖充電電源的輸入端連接于220V交流電，脈沖充電電源的輸出端連接于高能儲(chǔ)能電容的輸入端，高能儲(chǔ)能電容的輸出端連接于三級(jí)式火花開關(guān)的高壓電極，同軸式電極（1）的高壓電極與三級(jí)式火花開關(guān)電性相連；同軸式電極（1）包括高壓電極和接地電極，高壓電極和接地電極同為同軸圓柱的結(jié)構(gòu)，高壓電極呈圓盤狀，膨脹螺栓固定在接地電極一端，接地電極一端通過膨脹螺栓固定于電極孔洞（5）中；監(jiān)測(cè)裝置為溫度、應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置包括多個(gè)監(jiān)測(cè)支路、光分路器、光纖光柵解調(diào)儀、嵌入式計(jì)算機(jī)，每個(gè)監(jiān)測(cè)支路包括彈性板（2）、光纖光柵傳感器（3）、光連接器、光耦合器，每個(gè)光纖光柵傳感器（3）固定在一個(gè)彈性板（2）的一側(cè)，通過該彈性板放置到彈性板孔洞（6）中，并利用粉末壓實(shí)；每個(gè)光纖光柵傳感器（3）與光連接器通過光纖固定連接，光連接器的輸入端口與光耦合器的輸出端口相連接；各監(jiān)測(cè)支路的光耦合器的輸入端口均與光分路器的輸出端口相連接，光分路器的輸入端口連接于光纖光柵解調(diào)儀，光纖光柵解調(diào)儀連接嵌入式計(jì)算機(jī)，光纖光柵解調(diào)儀與光分路器通過導(dǎo)線相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的三級(jí)式火花開關(guān)包括兩個(gè)主電極和一個(gè)觸發(fā)電極，主電極由高壓電極和接地電極組成，三級(jí)式火花開關(guān)用于隔離充電電路和放電電路。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的高能儲(chǔ)能電容具有多組，多組高能儲(chǔ)能電容并聯(lián)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的三級(jí)式火花開關(guān)的中間電級(jí)具有較大的燒蝕面積。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的電極孔洞（5）周圍設(shè)置兩個(gè)膨脹螺栓孔洞（7）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的巖石試樣（4）為正方體巖試樣，巖石試樣（4）的六個(gè)面鉆取多個(gè)深度為5cm的彈性板孔洞（6），彈性板孔洞（6）呈棋盤式布置在巖石試樣表面。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的脈沖充電電源的供電來自于工頻220V交流電，經(jīng)過整流向充電電源提供直流電，脈沖充電電源最高輸出的峰值電壓為50kV，允許的最大輸出峰值電流為200mA，給高能儲(chǔ)能電容充電，高能儲(chǔ)能電容單個(gè)電容值為1μF，耐壓值為30kV，8個(gè)高能儲(chǔ)能并聯(lián)，充電電壓的上升時(shí)間為微秒量級(jí)；當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定值后，由觸發(fā)的三級(jí)式火花開關(guān)導(dǎo)通，輸出上升時(shí)間在納秒量級(jí)的高壓短脈沖，加載到同軸式電極（1）上，實(shí)現(xiàn)高壓脈沖放電碎巖。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可測(cè)試巖石溫度應(yīng)力的電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的監(jiān)測(cè)支路中光纖光柵傳感器（3）均與光連接器及光耦合器相連，光纖光柵傳感器（3）監(jiān)測(cè)處為監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)，經(jīng)過光分路器和光纖光柵解調(diào)儀，由于光纖光柵的中心波長(zhǎng)與溫度和應(yīng)力有關(guān)，通過監(jiān)測(cè)光纖光柵反射回的波長(zhǎng)值變化，獲取破巖過程中巖石監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)的溫度和應(yīng)力；由于監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)呈棋盤狀布置在巖石表面，通過嵌入式計(jì)算機(jī)構(gòu)建出隨時(shí)間變化的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)；由于檢測(cè)信號(hào)的輸出為光信號(hào)，克服了高壓脈沖破巖裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。