一种微波作用岩石体积变化测量系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供了一种微波作用岩石体积变化测量系统及其方法，包括试验腔、微波控制装置、应变测量装置、测量电路和电阻应变仪；试验腔为密封腔体结构，试验腔内放置有岩石试件；微波控制装置设置于试验腔的内部；应变测量装置包括环向应变片和轴向应变片，应变测量装置贴设于岩石试件表面；测量电路通过引线与多个应变测量装置相连接，电阻应变仪与测量电路相连接。在微波控制装置所发射的微波作用于岩石试件后，通过贴设于岩石试件表面的多个环向应变片和轴向应变片对岩石试件进行数据采集，结合测量电路和电阻应变仪即可获取岩石试件的体积变化，从而排除温度变化而导致的液体或气体的体积变化，更加准确地测量微波作用对岩石体积影响大小。

【技术实现步骤摘要】
一种微波作用岩石体积变化测量系统及其方法
本专利技术涉及岩石力学设备
，涉及一种岩石体积变化测量系统及其方法，尤其涉及一种能够精确测量微波作用对岩石体积影响大小的测量系统及其方法。
技术介绍
在面向地表深部的矿产资源开采中，如何有效破碎岩石成为研究的热点。传统方式主要是通过是利用钻头进行岩石破碎，这种原始的破岩方式受岩石强度过大和钻头易磨损等因素限制，存在效率低和成本高等问题。近年来，微波被引入到岩石破碎领域之中，微波通过促使岩石内部分子间相互摩擦产生热量，使得被作用物体整体温度升高，从而软化岩体便于破碎，具有无二次污染等优点，已被证明在该领域技术上和经济上的可行性。相关研究已经证明，微波作用可以大幅降低岩石的强度甚至导致岩石熔融剥落，微波技术在岩石破碎领域具备较好的应用前景。在将微波运用到岩石破碎领域之前，需要在实验室探明微波对于岩石体积变化的作用。已有的测量岩石体积变化方式大都通过液体或气体的体积变化来间接测得岩石体积变化，考虑到微波作用使得岩石温度骤升，对液体或气体的体积变化会产生影响，因此，现有技术岩石体积测量结果并不可靠，业界亟需提出一种新的岩石体积变化测量方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种微波作用岩石体积变化测量系统及其方法，能够排除温度变化而导致的液体或气体的体积变化，更加准确地测量微波作用对岩石体积影响大小。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种微波作用岩石体积变化测量系统，包括：<br>试验腔，所述试验腔为密封腔体结构，所述试验腔内放置有岩石试件；微波控制装置，所述微波控制装置设置于所述试验腔的内部，所述微波控制装置用于提供作用在岩石试件上的微波；应变测量装置，所述应变测量装置包括环向应变片和轴向应变片，所述环向应变片和所述轴向应变片分别设置有多个，多个所述应变测量装置贴设于岩石试件表面；测量电路和电阻应变仪，所述测量电路通过引线与多个所述应变测量装置相连接，所述电阻应变仪与所述测量电路相连接。与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：在微波控制装置所发射的微波作用于岩石试件后，通过贴设于岩石试件表面的多个环向应变片和轴向应变片对岩石试件进行数据采集，结合测量电路和电阻应变仪即可获取岩石试件的体积变化，从而排除温度变化而导致的液体或气体的体积变化，更加准确地测量微波作用对岩石体积影响大小。进一步地，所述应变测量装置包括敏感栅、基片以及覆盖层；所述敏感栅、所述基片和所述覆盖层组成片状结构，所述敏感栅位于所述基片和所述覆盖层之间，所述敏感栅通过引线与所述测量电路相连；当所述应变测量装置贴设于岩石试件表面时，所述基片位于靠近岩石试件的位置，所述覆盖层位于远离岩石试件的位置。采用上述方案的有益效果是：通过敏感栅、基片以及覆盖层组成应变测量装置，且将敏感栅设置于基片和覆盖层之间，通过基片和覆盖层能够起到保护敏感栅的作用，同时有利于提高测量精度。进一步地，所述覆盖层为发泡二氧化硅层。采用上述方案的有益效果是：采用发泡二氧化硅层作为覆盖层，能够起到防腐蚀和防潮作用，还可防止敏感栅受微波辐射的作用。进一步地，在所述环向应变片中，所述敏感栅沿着水平方向排列；在所述轴向应变片中，所述敏感栅沿着竖直方向排列。采用上述方案的有益效果是：采集岩石试件的环向形变数据和轴向形变数据，多方位采集岩石试件的形变数据。进一步地，所述环向应变片设置有3-10个，各个所述环向应变片之间的所述敏感栅相互平行；所述轴向应变片设置有3-10个，各个所述轴向应变片之间的所述敏感栅相互平行。采用上述方案的有益效果是：根据岩石试件的尺寸，适应性调整环向应变片和轴向应变片的数量，有利于提高测量精度。进一步地，所述微波控制装置包括微波源、波导组件、微波发射盘，所述微波源的一端与所述波导组件相连，所述微波源的一另端与所述微波发射盘相连；所述试验腔由底板、侧面板和顶板组成，所述试验腔的底板上设置有岩石承载基台，所述岩石承载基台上放置有岩石试件；所述微波源设置于所述试验腔的顶板或者侧面板上，所述微波发射盘朝向岩石试件发射微波。采用上述方案的有益效果是：试验腔的底板上设置有岩石承载基台，微波源设置于试验腔的顶板或者侧面板上，可根据实际情况调整微波源与岩石试件之间的相对位置关系，以提高本系统的通用性。进一步地，所述微波源包括电源组件、变压器组件和控制电路。采用上述方案的有益效果是：通过电源组件、变压器组件和控制电路组成微波源，从而提供试验用微波。进一步地，所述底板、所述侧面板和所述顶板为由金属层腔体和隔热层腔体所组成的板状双层结构；所述侧面板上设置有取放通孔，所述取放通孔上设置有所述侧开门；所述岩石承载基台通过高度调节组件设置于所述底板上。采用上述方案的有益效果是：由金属层腔体和隔热层腔体组成底板、侧面板和顶板，即整个试验腔为双层结构，能够起到更好的隔热和防止辐射的作用，保证试验过程的安全性。进一步地，所述测量电路包括放大器和电桥；所述引线的一端连接所述应变测量装置，所述引线的另一端通过所述放大器与所述电桥相连，所述电桥与所述电阻应变仪相连。采用上述方案的有益效果是：通过放大器和电桥对应变测量装置所采集的电信号进行处理，有利于提高试验数据的可信度。一种微波作用岩石体积变化测量方法，所述岩石体积变化测量方法基于上述岩石体积变化测量系统，所述方法包括以下步骤：通过微波控制装置向岩石试件发射微波；待微波作用于岩石试件上后，通过环向应变片和测量电路采集第一电阻变化量，通过轴向应变片和测量电路采集第二电阻变化量，并将采集得到的第一电阻变化量和第二电阻变化量输入电阻应变仪；电阻应变仪根据第一电阻变化量得到岩石环向体积应变量，根据第二电阻变化量得到岩石轴向体积应变量，并根据岩石环向体积应变量和岩石轴向体积应变量得到总体体积应用量。与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：在微波控制装置所发射的微波作用于岩石试件后，通过贴设于岩石试件表面的多个环向应变片和轴向应变片对岩石试件进行数据采集，结合测量电路和电阻应变仪即可获取岩石试件的体积变化，从而排除温度变化而导致的液体或气体的体积变化，更加准确地测量微波作用对岩石体积影响大小。附图说明图1是本专利技术一种微波作用岩石体积变化测量系统的整体示意图。图2是本专利技术一种微波作用岩石体积变化测量系统中微波控制装置的示意图。图3是本专利技术一种微波作用岩石体积变化测量系统中应变测量装置的示意图。图4是本专利技术一种微波作用岩石体积变化测量系统中测量电路的示意图。图5是本专利技术一种微波作用岩石体积变化测量方法的流程图。图中，各标号所代表的部件列表如下：试验腔1、微波控制装置2、应变测量装置3、测量电路4、引线5、电阻应变仪6；岩石承载基台101、高度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，包括：/n试验腔，所述试验腔为密封腔体结构，所述试验腔内放置有岩石试件；/n微波控制装置，所述微波控制装置设置于所述试验腔的内部，所述微波控制装置用于提供作用在岩石试件上的微波；/n应变测量装置，所述应变测量装置包括环向应变片和轴向应变片，所述环向应变片和所述轴向应变片分别设置有多个，多个所述应变测量装置贴设于岩石试件表面；/n测量电路和电阻应变仪，所述测量电路通过引线与多个所述应变测量装置相连接，所述电阻应变仪与所述测量电路相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，包括：
试验腔，所述试验腔为密封腔体结构，所述试验腔内放置有岩石试件；
微波控制装置，所述微波控制装置设置于所述试验腔的内部，所述微波控制装置用于提供作用在岩石试件上的微波；
应变测量装置，所述应变测量装置包括环向应变片和轴向应变片，所述环向应变片和所述轴向应变片分别设置有多个，多个所述应变测量装置贴设于岩石试件表面；
测量电路和电阻应变仪，所述测量电路通过引线与多个所述应变测量装置相连接，所述电阻应变仪与所述测量电路相连接。


2.根据权利要求1所述的一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，所述应变测量装置包括敏感栅、基片以及覆盖层；
所述敏感栅、所述基片和所述覆盖层组成片状结构，所述敏感栅位于所述基片和所述覆盖层之间，所述敏感栅通过引线与所述测量电路相连；
当所述应变测量装置贴设于岩石试件表面时，所述基片位于靠近岩石试件的位置，所述覆盖层位于远离岩石试件的位置。


3.根据权利要求2所述的一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，所述覆盖层为发泡二氧化硅层。


4.根据权利要求2所述的一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，在所述环向应变片中，所述敏感栅沿着水平方向排列；在所述轴向应变片中，所述敏感栅沿着竖直方向排列。


5.根据权利要求4所述的一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，所述环向应变片设置有3-10个，各个所述环向应变片之间的所述敏感栅相互平行；
所述轴向应变片设置有3-10个，各个所述轴向应变片之间的所述敏感栅相互平行。


6.根据权利要求1所述的一种微波作用岩石体积变化测量系统，其特征在于，所述微波控制装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明忠，杨本高，王俊，杨钊颖，温翔越，王轩，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44