本發(fā)明涉及中子射線照相技術(shù)，尤其是涉及一種基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，具體是一種運(yùn)用中子射線掃描成像技術(shù)，在可加溫加壓狀態(tài)下研究多孔介質(zhì)非飽和滲流過(guò)程的加載裝置。

背景技術(shù)：

nr(neutronradiography)即中子射線照相技術(shù)，作為一種先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在做檢測(cè)或?qū)嶒?yàn)研究時(shí)需要選擇合適的中子源，目前可選用的中子源主要有核反應(yīng)堆中子源、含有大型加速裝置的中子源、小放射性或有加速裝置的中子源。根據(jù)中子源的不同，可產(chǎn)生快中子、慢中子、伽馬等射線，對(duì)中子散射和成像儀器的設(shè)計(jì)及其性能有直接的影響。該技術(shù)的基本原理是：發(fā)射中子射線束對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行掃描，探測(cè)器陣列測(cè)定透過(guò)試件的射線束強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)電信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列處理后，獲取與掃描透射射線強(qiáng)度成比例的數(shù)字化像素陣列數(shù)據(jù)，最后經(jīng)由圖像重建系統(tǒng)成像。

目前，利用中子照相技術(shù)研究巖石非飽和滲流大多為無(wú)加載狀態(tài)下多孔介質(zhì)試件自發(fā)滲吸，部分研究將多孔介質(zhì)試件進(jìn)行加載處理后再進(jìn)行掃描，且無(wú)法對(duì)試件進(jìn)行多角度掃描，從而生成圖像多為二維圖像。較少有研究在原位加載條件下進(jìn)行，并對(duì)工件進(jìn)行多角度掃描，實(shí)時(shí)定量化研究流體在非飽和受載多孔介質(zhì)試件滲吸過(guò)程中，飽和度隨著入滲時(shí)間的空間演化過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，其可滿足對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣的多環(huán)境場(chǎng)的模擬。

本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述加載裝置包括加載箱、加載套筒、環(huán)繞加載器、實(shí)驗(yàn)試樣、溫度控制器、供液器、固定臺(tái)，分度旋轉(zhuǎn)器和支撐柱；所述加載箱由支撐柱支撐，置于固定臺(tái)上方；所述加載套筒固定于固定臺(tái)上并位于加載箱下方；所述環(huán)繞加載器固定于加載箱側(cè)幫，所述溫度控制裝置固定于加載套筒上；所述供液器固定于固定臺(tái)中部空隙并位于加載套筒正下方；所述固定臺(tái)由螺釘固定在分度旋轉(zhuǎn)器上。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述加載箱有箱體、頂蓋和底蓋，底蓋上設(shè)有第一通孔，頂蓋、底蓋分別由螺釘與箱體相連，加載箱內(nèi)部由加載器、加載電機(jī)和壓力傳感器組成，其中加載器包含減速器和螺紋絲杠，壓力傳感器與螺紋絲杠連接，由加載電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行前進(jìn)和后退，實(shí)現(xiàn)加載功能，壓力傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與記錄施加的壓力。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述加載套筒包括：套筒，其上端面設(shè)有第二通孔，下端為開口設(shè)置，由下端部側(cè)耳固定在固定臺(tái)上，內(nèi)側(cè)壁上圍設(shè)了一圈圍壓凹槽，圍壓凹槽的環(huán)形外壁有一側(cè)孔；加載柱，包括上端頭、連接圓柱和下端頭,呈啞鈴型。下端頭位于套筒內(nèi)部與所述實(shí)驗(yàn)試樣的上端相接，連接圓柱穿過(guò)第二通孔與上端頭連接，上端頭穿過(guò)第一通孔頂部與壓力傳感器相接，由壓力傳感器傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣的加載；下端柱，其為凸型，上部與所述實(shí)驗(yàn)試樣下端相接，下部置于固定臺(tái)上，下端柱上表面布有圓環(huán)形凹槽并以十字形凹槽導(dǎo)通，由軸向通孔與所述供液器相連接；密封膠墊，其為倒凹型，套于所述加載柱中間圓柱上，密封膠墊上端與所述套筒內(nèi)部頂端連接，底部抵在所述加載柱下端頭上部，起到密封作用；密封套，其為圓環(huán)形，高度大于所述實(shí)驗(yàn)試樣高度，頂端與所述密封膠套連接，底端抵在下端柱的臺(tái)階上；密封圈，其為環(huán)形，套于下端柱下端，上端抵住套筒底座臺(tái)階，下端抵住所述固定臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)密封功能；所述圍壓凹槽環(huán)繞在所述密封套的外部，高度大于實(shí)驗(yàn)試樣高度，小于密封套高度，經(jīng)由圍壓凹槽的環(huán)形外壁的側(cè)孔與所述環(huán)繞加載器連接。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述環(huán)繞加載器由氣壓泵和高壓氣管組成，氣壓泵經(jīng)由高壓氣管與所述套筒相連，將氣體注入圍壓深槽實(shí)現(xiàn)對(duì)所述實(shí)驗(yàn)試件的環(huán)繞加壓。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述溫度控制器由電熱絲、溫度傳感器和導(dǎo)熱環(huán)組成，電熱絲纏繞在導(dǎo)熱環(huán)懸臂上，溫度傳感器與導(dǎo)熱環(huán)連接，導(dǎo)熱環(huán)固定在所述套筒上，通過(guò)熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述實(shí)驗(yàn)試件的加熱。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述供液器由供液泵、液體槽、電磁閥，供液管和遙控開關(guān)組成，供液泵置于液體槽中，經(jīng)供液管穿過(guò)第三通孔與所述下端柱軸向通孔相連，由遙控器遠(yuǎn)程控制遙控開關(guān)的開啟和關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)試件的供液。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述固定臺(tái)上下端面均為圓形，兩端面中部由兩個(gè)矩形塊支撐，兩個(gè)矩形支撐塊中間形成矩形空間，固定臺(tái)上端面中心設(shè)有圓形凹槽，圓形凹槽中心設(shè)有第三通孔。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述分度旋轉(zhuǎn)器由旋轉(zhuǎn)臺(tái)、減速器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成，經(jīng)由螺釘與固定臺(tái)底部連接，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分度旋轉(zhuǎn)。

如上所述的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述加載箱、支撐柱和固定臺(tái)均采用鈦合金材料制成；所述加載套筒中的套筒、加載柱和下端柱及所述分度旋轉(zhuǎn)器中的旋轉(zhuǎn)臺(tái)均采用硬鋁ly12材料制成；所述導(dǎo)熱環(huán)采用多層碳纖維材料制成。

本發(fā)明的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置的特點(diǎn)和下優(yōu)點(diǎn)是：

1、加載裝置具有加載器、環(huán)繞加載器、供液器、溫度控制器、分度旋轉(zhuǎn)器，設(shè)計(jì)合理，安裝簡(jiǎn)單，解決了如何基于中子照相平臺(tái)研究多孔介質(zhì)在加載狀態(tài)下的非飽和滲流問(wèn)題；

2、加載裝置的加載套筒主要由鋁合金材料制成，中子射線對(duì)鋁合金材質(zhì)穿透力強(qiáng)，但對(duì)氫原子十分敏感，可以實(shí)時(shí)定量化研究含氫流體在加載狀態(tài)下的非飽和多孔介質(zhì)滲吸過(guò)程中，飽和度隨著入滲時(shí)間的空間演化過(guò)程；

3、加載裝置所選用的加載電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)均為伺服電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，規(guī)避了射線照射過(guò)程中人直接操作的風(fēng)險(xiǎn)；

4、加載裝置中加載套筒的組成部分下端柱，可以保證實(shí)驗(yàn)試件在加載過(guò)程中保持原位狀態(tài)，下端柱上表面的圓環(huán)形凹槽有貯液功能，可為實(shí)驗(yàn)試件供液，實(shí)現(xiàn)試件在加載過(guò)程中進(jìn)行滲吸；

5、加載裝置中的分度旋轉(zhuǎn)器能以一定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)中子射線的多角度照射與觀測(cè)，得到三維實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

6、加載裝置中的加載套筒可通過(guò)加載器使其中的加載柱上下活動(dòng)，加載柱給實(shí)驗(yàn)試樣端面加載，從而模擬在不同作用力下，實(shí)驗(yàn)試樣的受載情況；

7、加載裝置中的環(huán)繞加載器和供液器，通過(guò)外接氣壓泵和供液泵來(lái)分別實(shí)現(xiàn)環(huán)繞加壓和供液，以模擬有圍壓時(shí)實(shí)驗(yàn)試件的變形和滲流。此外，溫度控制器還可以對(duì)電熱絲通電產(chǎn)生高溫，模擬實(shí)驗(yàn)試樣在加熱、加圍壓、加載條件的滲流情況，從而滿足對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣的多環(huán)境場(chǎng)的模擬研究。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置的加載箱與環(huán)繞加載器剖面示意圖

圖3為本發(fā)明的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置的加載套筒與溫度控制器剖面示意圖

圖4為本發(fā)明的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置的固定臺(tái)與供液器剖面示意圖

圖5為本發(fā)明的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置的分度旋轉(zhuǎn)器剖面示意圖

圖中：1—加載箱；2—加載套筒；3—固定臺(tái)；4—分度旋轉(zhuǎn)器；5—環(huán)繞加載器；6—實(shí)驗(yàn)試樣；7—溫度控制器；8—供液器；9—支撐柱；11—箱體；12—頂蓋；13—底蓋；14—加載器；15—加載電機(jī)；16—壓力傳感器；131—第一通孔；21—加載柱；22—密封膠墊；23—套筒；24—密封套；25—下端柱；26—密封圈；231—第二通孔；211—上端頭；212—連接圓柱；213—下端頭；232—側(cè)孔；233—圍壓凹槽；251—圓環(huán)形凹槽；252—軸向通孔；31—圓形凹槽；32—第三通孔；41—旋轉(zhuǎn)臺(tái)；42—旋轉(zhuǎn)電機(jī)；43—減速器；51—?dú)鈮罕茫?2—高壓氣管；71—電熱絲；72—溫度傳感器；73—導(dǎo)熱環(huán)；81—電磁閥；82—供液泵；83—遙控開關(guān)；84—供液管；85—液體槽。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述，顯然所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下所描述具體實(shí)施方式的范圍：

如圖1所示,本發(fā)明實(shí)施例的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，其包括加載箱1、加載套筒2、固定臺(tái)3、分度旋轉(zhuǎn)器4、環(huán)繞加載器5、實(shí)驗(yàn)試樣6、溫度控制器7、供液器8和支撐柱9；所述加載箱1由支撐柱9連接，并置于固定臺(tái)3上方；所述加載套筒2固定于固定臺(tái)3上并位于加載箱1下方；所述環(huán)繞加載器5固定于加載箱1側(cè)幫，所述溫度控制器7固定于加載套筒2上；所述供液器8固定于固定臺(tái)3中部空隙并位于加載套筒1正下方；所述固定臺(tái)3固定于分度旋轉(zhuǎn)器4上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)所述加載箱1對(duì)加載套筒2進(jìn)行加載，實(shí)現(xiàn)軸向加載功能；通過(guò)環(huán)繞加載器5對(duì)加載套筒2進(jìn)行加載，實(shí)現(xiàn)環(huán)繞加載功能；通過(guò)溫度控制器7對(duì)加載套筒2加熱，實(shí)現(xiàn)升溫功能；通過(guò)供液器8向加載套筒2供液，模擬滲流環(huán)境；通過(guò)分度旋轉(zhuǎn)器5，控制固定臺(tái)4旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多角度掃描。

如圖2所示,本發(fā)明實(shí)施例的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述加載箱包括：箱體11、頂蓋12、底蓋13、加載器14、加載電機(jī)15和壓力傳感器16。其中底蓋12上設(shè)有第一通孔131，頂蓋12和底蓋13通過(guò)螺釘分別與箱體11相連。所述環(huán)繞加載器5固定在加載箱1上，由氣壓泵51和高壓氣管52組成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述加載箱1中底蓋13由支撐柱9與固定臺(tái)3連接；加載箱1內(nèi)部由加載器14、加載電機(jī)15和壓力傳感器16組成，其中加載器14包括減速器和螺紋絲杠，壓力傳感器16與螺紋絲杠連接，由加載電機(jī)15驅(qū)動(dòng)進(jìn)行前進(jìn)和后退，實(shí)現(xiàn)加載功能，壓力傳感器16可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與記錄實(shí)時(shí)加載壓力。

如圖3所示,本發(fā)明實(shí)施例的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述加載套筒2包括：加載柱21，密封膠墊22、套筒23、密封套24、下端柱25和密封圈26。套筒23上端面設(shè)有第二通孔231，底部為開口設(shè)計(jì)，由底部側(cè)耳固定在固定臺(tái)3上。其中加載柱21包括上端頭211、連接圓柱212和下端頭213,呈啞鈴型。下端頭213位于套筒23內(nèi)部與所述實(shí)驗(yàn)試樣6的上端相接，連接圓柱212穿過(guò)第二通孔231與上端頭211連接。所述溫度控制器7由電熱絲71、溫度傳感器72和導(dǎo)熱環(huán)73組成，電熱絲71纏繞在導(dǎo)熱環(huán)73的懸臂上，溫度傳感器72與導(dǎo)熱環(huán)73連接，導(dǎo)熱環(huán)73固定在所述套筒23上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述加載器14包括減速器和螺紋絲杠，所述壓力傳感器16與螺紋絲杠連接，由加載電機(jī)15驅(qū)動(dòng)進(jìn)行前進(jìn)和后退，加載柱21的上端頭211穿過(guò)第一通孔131頂部與壓力傳感器16相接，并由壓力傳感器16傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣6的加載，模擬在不同作用力下的實(shí)驗(yàn)試樣6的受載情況。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述下端柱25，上部連接所述實(shí)驗(yàn)試樣6下端，上表面布有圓環(huán)形凹槽251并以十字形凹槽導(dǎo)通，由軸向通孔252與所述供液器8相連接，給所述實(shí)驗(yàn)試樣6供液，實(shí)現(xiàn)其對(duì)液體的滲吸。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述套筒23內(nèi)側(cè)壁上圍設(shè)了一圈圍壓凹槽233，圍壓凹槽233環(huán)繞在所述密封套24的外部，高度大于實(shí)驗(yàn)試樣6的高度，小于密封套24的高度，經(jīng)由圍壓凹槽233環(huán)形外壁的側(cè)孔232與高壓氣管52連接，由氣壓泵51將氣體輸入圍壓凹槽233，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣6的環(huán)繞加壓。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在需要加溫時(shí)，可對(duì)電熱絲71通電,使導(dǎo)熱環(huán)73產(chǎn)生高溫，通過(guò)熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述實(shí)驗(yàn)試件6的加熱。

因此，本實(shí)施例的加載裝置能夠同時(shí)或單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣6的加載、環(huán)繞加壓、加溫和滲吸，從而解決了常規(guī)裝置不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)試件的多環(huán)境場(chǎng)模擬。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述加載套筒2中下端柱25嵌入固定臺(tái)3上部圓形凹槽31中。所述實(shí)驗(yàn)試件6置于密封套24內(nèi)部，上部連接加載柱21的底部，下部抵住下端柱25的上表面，當(dāng)實(shí)驗(yàn)完畢后，將加載套筒2從固定臺(tái)3上卸下，取出下端柱25，從而可以方便的更換實(shí)驗(yàn)試樣6。本實(shí)例的加載套筒具有更高的裝配拆卸的靈活性。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述固定臺(tái)3上端面中心有一圓形凹槽31，圓形凹槽31中心設(shè)有第三通孔32。上下兩端面中部由兩個(gè)立方體塊支撐，在兩個(gè)立方體支撐塊中間形成立體空間。所述液體槽85位于該立體空間中，供液泵82置于液體槽85內(nèi)，遙控開關(guān)83固定在立方體支撐塊外側(cè)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述固定臺(tái)3其上下端面均為圓形，上端面中心圓形凹槽31與下端柱25相接，下端柱25的軸向通孔252與第三通孔32相通。所示供液泵82與供液管84相接，穿過(guò)第三通孔32與下端柱25相連。當(dāng)需要供液時(shí)，由遙控開關(guān)83控制，經(jīng)供液泵82將液體槽85中的液體泵入；當(dāng)液體注滿圓環(huán)形凹槽251時(shí)控制電磁閥31關(guān)閉，給所述實(shí)驗(yàn)試樣6供液，實(shí)現(xiàn)其對(duì)液體的滲吸。

如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，所述分度旋轉(zhuǎn)器4包括：旋轉(zhuǎn)臺(tái)41、旋轉(zhuǎn)電機(jī)42和減速器43，旋轉(zhuǎn)臺(tái)41經(jīng)由螺釘與固定臺(tái)3連接。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述分度旋轉(zhuǎn)器4由旋轉(zhuǎn)電機(jī)42驅(qū)動(dòng)分度旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)中子射線的多角度照射與觀測(cè)，得到三維立體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像。

本發(fā)明實(shí)施例是適用于中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載裝置，可以針對(duì)中子照相實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際情況進(jìn)行透射，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足加載、環(huán)繞加壓、加溫和滲流要求。本裝置可以滿足中子射線的透射，在加載、環(huán)繞加壓(加圍壓)、加溫和滲流的同時(shí)通過(guò)中子射線觀測(cè)實(shí)驗(yàn)試樣的變形和滲流情況，得到三維實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像，為觀測(cè)模擬實(shí)際情況提供技術(shù)手段。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)申請(qǐng)文件公開的可以對(duì)發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種改動(dòng)、變型或組合而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。