一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鹽礦水溶開(kāi)采及鹽巖儲(chǔ)庫(kù)造腔領(lǐng)域，更具體涉及一種鹽巖室內(nèi)水溶造 腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置。本發(fā)明適用于鹽巖室內(nèi)水溶造腔過(guò)程中對(duì)濃度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前利用鹽巖溶腔進(jìn)行能源地下儲(chǔ)存的應(yīng)用日漸增多，在鹽礦水溶開(kāi)采及鹽巖儲(chǔ) 庫(kù)造腔中需要對(duì)鹽腔的形態(tài)進(jìn)行控制，對(duì)鹽腔形態(tài)發(fā)展最重要的就是鹽腔中的鹽水濃度分 布，故而需要對(duì)鹽腔中的鹵水濃度分布進(jìn)行探宄； 鹽腔三維濃度監(jiān)測(cè)難度過(guò)大，而地下鹽腔具有軸對(duì)稱(chēng)的特性(屈丹安等，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建 槽工程實(shí)踐與頂板極限跨度分析）故可采用將鹽巖試樣制成片狀密封于特定的透明容器中 進(jìn)行二維水溶造腔模擬，以降低對(duì)形態(tài)和濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)的難度。本發(fā)明中應(yīng)用的技術(shù)即是應(yīng) 用于此類(lèi)水溶造腔實(shí)驗(yàn)。
[0003] 目前已存在的監(jiān)測(cè)手段有染色劑失蹤法和采樣測(cè)量法，其中染色示蹤法需要對(duì)鹽 巖進(jìn)行染色處理，難度較大，而且染色劑會(huì)干擾鹽巖實(shí)際的解離和鹽水的對(duì)流過(guò)程，另外， 染色劑和鹽的諸多參數(shù)也不一樣，并不能完全代表鹽水的運(yùn)移和濃度分布；采樣測(cè)量法需 要手動(dòng)或者機(jī)械采集鹽腔不同位置的鹽水試樣進(jìn)行測(cè)量研宄，采樣密度小，采樣點(diǎn)布設(shè)難 度大，效率低，而且采樣過(guò)程會(huì)對(duì)鹽腔內(nèi)的流場(chǎng)產(chǎn)生干擾，使實(shí)驗(yàn)失去了真實(shí)性。尚無(wú)對(duì)封 閉鹽腔內(nèi)分布不均勻的鹽水濃度場(chǎng)進(jìn)行高密度高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，是在于提供了一種鹽巖室內(nèi)水溶 造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需多次采樣和重復(fù)操作，使用方便。基于折射率的 測(cè)量準(zhǔn)確度高，不受溫度、壓強(qiáng)等的影響。監(jiān)測(cè)從外部進(jìn)行，對(duì)鹽巖室內(nèi)水溶造腔實(shí)驗(yàn)的濃 度場(chǎng)無(wú)干擾。監(jiān)測(cè)密度高，可同時(shí)采集多達(dá)1萬(wàn)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的濃度數(shù)據(jù)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 其技術(shù)構(gòu)思是：鹽巖水溶液是透明的，且其濃度與其折射率成線性相關(guān)，故向鹽巖水溶 液發(fā)射激光，激光的出射位置會(huì)隨著鹽巖溶液濃度的改變而改變。用攝像機(jī)拍攝記錄激光 出射位置變化的照片，再通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像數(shù)字化技術(shù)處理照片，得到激光線透過(guò)鹽巖水溶 液之后位置的變化，推算出激光線入射位置的濃度變化。
[0006] 一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括：底座、立柱、巖鹽支架、 底板支架、激光發(fā)射模組支架、激光發(fā)射模組、計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、待測(cè)鹽腔、底板。其特征在 于：立柱、巖鹽支架、底板支架分別與底座通過(guò)螺栓固定相連，鹽巖支架在立柱和底板支架 之間；激光發(fā)射模組支架與立柱通過(guò)螺栓固定相連；激光發(fā)射模組支架設(shè)有滑槽，激光發(fā) 射模組與激光發(fā)射模組支架通過(guò)螺栓相連，可以在激光發(fā)射模組支架滑槽中上下滑動(dòng)，通 過(guò)在激光發(fā)射模組支架中上下滑動(dòng)激光發(fā)射模組的位置，可使激光發(fā)射模組發(fā)射出互相平 行的多條水平的一字形激光線，并可通過(guò)旋緊螺栓將激光發(fā)射模組固定在激光發(fā)射模組支 架中；攝像機(jī)與立柱通過(guò)螺栓固定相連，通過(guò)攝像機(jī)可以完整的拍攝到底板上的畫(huà)面；計(jì) 算機(jī)與攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，可以接受來(lái)自攝像機(jī)的圖像及視頻數(shù)據(jù)。
[0007] 其所述的待測(cè)鹽腔與鹽巖支架通過(guò)螺栓輔助環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑固定相連；底板與 底板支架通過(guò)螺栓固定相連。
[0008] 所述的激光發(fā)射模組由5-30個(gè)一字線形激光發(fā)射器組成，分別通過(guò)螺栓固定在 激光發(fā)射模組支架的滑槽中。
[0009] 所述的激光發(fā)射模組、待測(cè)鹽腔、底板的中心在一條水平線上；待測(cè)鹽腔與底板互 相平行。
[0010] 一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法，其步驟是： (1)調(diào)整激光發(fā)射模組在支架滑槽中的位置，使其發(fā)出的光線均能透過(guò)鹽腔的中空部 分水平地投射到底板上，記激光線穿過(guò)鹽腔部位相對(duì)底座的高度分別為Hl，H2, H3…。
[0011] (2)拆除待測(cè)鹽腔，攝像設(shè)備記錄此時(shí)底板上的激光線分布圖，并將圖像傳送給計(jì) 算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)底板上的激光線識(shí)別，并記錄各條激光線各相對(duì)底板底邊的高度，標(biāo)識(shí)為初 始值。
[0012] (3)重新將待測(cè)鹽腔安裝到鹽巖支架上，攝像設(shè)備實(shí)時(shí)采集底板上的一字激光線 分布圖并傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)識(shí)別每條激光線相對(duì)初始值的位置變化，并根據(jù)圖像尺寸、 攝像設(shè)備到底板距離，攝像頭的拍攝角度等折算出溶液折射率的變化，從而得出鹽腔高度 為H1，H2，H3…的水平面上的濃度分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果： 1、通過(guò)光的折射率從外部測(cè)定鹽腔濃度場(chǎng)，對(duì)濃度場(chǎng)本身無(wú)擾動(dòng)。
[0014] 2、速度快，實(shí)踐中采集10000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用時(shí)87ms。
[0015] 3、精度高，采用高精度攝像設(shè)備，距離測(cè)算誤差可以將誤差控制到0.001g/ml之 內(nèi)。
[0016] 4、測(cè)量不受鹽腔大小限制，精度不受影響。
[0017] 5、設(shè)備成本低，無(wú)污染，可重復(fù)利用性高。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為一種激光發(fā)射模組支架與激光發(fā)射模組示意圖。
[0020] 其中：1_底座；2-立柱；3-巖鹽支架；4-底板支架；5-激光發(fā)射模組支架；6-激光 發(fā)射模組；7-計(jì)算機(jī)（普通）；8_攝像機(jī)（普通）；9_待測(cè)鹽腔；10-底板。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022] 實(shí)施例1 : 一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括：底座1、立柱2、巖鹽支架3、 底板支架4、激光發(fā)射模組支架5、激光發(fā)射模組6、計(jì)算機(jī)7、攝像機(jī)8(例如Logitech c920 型號(hào))、待測(cè)鹽腔9、底板10 (例如：厚為10mm的純白色泡沫塑料板)。其特征在于：立柱2、 巖鹽支架3、底板支架4分別與底座1通過(guò)螺栓固定相連，鹽巖支架3在立柱2和底板支架 4之間；激光發(fā)射模組支架5與立柱2通過(guò)螺栓固定相連；激光發(fā)射模組支架5設(shè)有滑槽， 激光發(fā)射模組6與激光發(fā)射模組支架5通過(guò)螺栓相連，可以在激光發(fā)射模組支架5滑槽中 上下滑動(dòng)，通過(guò)在激光發(fā)射模組支架5中上下滑動(dòng)激光發(fā)射模組6的位置，可使激光發(fā)射模 組6發(fā)射出互相平行的多條水平的一字形激光線，并可通過(guò)旋緊螺栓將激光發(fā)射模組6固 定在激光發(fā)射模組支架5中；攝像機(jī)8與立柱2通過(guò)螺栓固定相連，通過(guò)攝像機(jī)8可以完整 的拍攝到底板上的畫(huà)面；計(jì)算機(jī)7與攝像機(jī)8通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，可以接受來(lái)自攝像機(jī)的圖像 及視頻數(shù)據(jù)。
[0023] 正在進(jìn)行二維擴(kuò)展模擬實(shí)驗(yàn)的待測(cè)鹽腔9 (矩形片狀，厚度可為10mm、15mm，20mm 等，兩側(cè)覆蓋透明玻璃板并用熱蠟密封，中空部分充滿(mǎn)不同濃度的鹽水，模擬鹽腔的水溶擴(kuò) 展，其制作過(guò)程不屬于本專(zhuān)利范圍不予描述)與鹽巖支架3通過(guò)螺栓輔助環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑 固定相連； 底板10與底板支架4通過(guò)螺栓固定相連。激光發(fā)射模組6、待測(cè)鹽腔9、底板10的中 心在一條水平線上；待測(cè)鹽腔9與底板10互相平行。
[0024] 所述的激光發(fā)射模組6由10個(gè)一字線紅光激光發(fā)射器(例如：24V 5mW 650nm型 號(hào)）組成，分別通過(guò)螺栓固定在激光發(fā)射模組支架5的滑槽中。
[0025] 一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法，其步驟是： 調(diào)整激光發(fā)射模組在支架滑槽中的位置，使其發(fā)出的光線均能透過(guò)鹽腔的中空部分水 平地投射到底板上，記激光線穿過(guò)鹽腔部位相對(duì)底座的高度分別為Hl，H2, H3…H10。
[0026] 拆除待測(cè)鹽腔，攝像設(shè)備記錄此時(shí)底板上的激光線分布圖，并將圖像傳送給計(jì)算 機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)底板上的激光線識(shí)別，并記錄各條激光線各相對(duì)底板底邊的高度，標(biāo)識(shí)為初始 值。
[0027] 重新將待測(cè)鹽腔安裝到鹽巖支架上，攝像設(shè)備實(shí)時(shí)采集底板上的一字激光線分布 圖并傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)識(shí)別每條激光線相對(duì)初始值的位置變化，并根據(jù)圖像尺寸、攝像 設(shè)備到底板距離，攝像頭的拍攝角度等折算出溶液折射率的變化，從而得出鹽腔高度為H1， H2，H3…H10的水平面上的濃度分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如 下表為某時(shí)刻，計(jì)算機(jī)獲取的鹽水濃度數(shù)據(jù)表。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，它由底座（1)、立柱（2)、巖鹽支架 (3 )、底板支架（4 )、激光發(fā)射模組支架（5 )、激光發(fā)射模組（6 )、計(jì)算機(jī)（7 )、攝像機(jī)（8 )、待測(cè) 鹽腔（9)、底板（10)組成，其特征在于：立柱（2)、巖鹽支架（3)、底板支架（4)分別與底座 (1)通過(guò)螺栓固定相連，鹽巖支架（3)在立柱（2)和底板支架（4)之間，激光發(fā)射模組支架 (5)與立柱（2)通過(guò)螺栓固定相連，激光發(fā)射模組支架（5)設(shè)有滑槽，激光發(fā)射模組（6)與 激光發(fā)射模組支架（5)通過(guò)螺栓相連，通過(guò)旋緊螺栓將激光發(fā)射模組（6)固定在激光發(fā)射 模組支架（5)中，攝像機(jī)（8)與立柱（2)通過(guò)螺栓固定相連，計(jì)算機(jī)（7)與攝像機(jī)（8)通過(guò) 數(shù)據(jù)線連接，待測(cè)鹽腔（9)與鹽巖支架（3)通過(guò)螺栓輔助環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑固定相連，底板 (10)與底板支架（4)通過(guò)螺栓固定相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于： 所述的激光發(fā)射模組（6)由5-30個(gè)一字線形激光發(fā)射器組成，分別通過(guò)螺栓固定在激光發(fā) 射模組支架（5)的滑槽中。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于： 所述的激光發(fā)射模組（6)、待測(cè)鹽腔（9)、底板（10)的中心在一條水平線上，待測(cè)鹽腔（9)與 底板（10)互相平行。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公了一種鹽巖室內(nèi)水溶造腔試驗(yàn)濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，立柱、巖鹽支架、底板支架分別與底座通過(guò)螺栓固定相連，鹽巖支架在立柱和底板支架之間；激光發(fā)射模組支架與立柱通過(guò)螺栓固定相連；激光發(fā)射模組支架設(shè)有滑槽，激光發(fā)射模組與激光發(fā)射模組支架通過(guò)螺栓相連，通過(guò)旋緊螺栓將激光發(fā)射模組固定在激光發(fā)射模組支架中，攝像機(jī)與立柱通過(guò)螺栓固定相連，通過(guò)攝像機(jī)可以完整的拍攝到底板上的畫(huà)面；計(jì)算機(jī)與攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需多次采樣和重復(fù)操作，使用方便?；谡凵渎实臏y(cè)量準(zhǔn)確度高，不受溫度、壓強(qiáng)等的影響。監(jiān)測(cè)從外部進(jìn)行，對(duì)鹽巖室內(nèi)水溶造腔實(shí)驗(yàn)的濃度場(chǎng)無(wú)干擾。監(jiān)測(cè)密度高，可采集多達(dá)1萬(wàn)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的濃度數(shù)據(jù)。
【IPC分類(lèi)】G01N21/41
【公開(kāi)號(hào)】CN104931457
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510261850
【發(fā)明人】李金龍, 施錫林, 馬旭強(qiáng), 左江江, 楊春和, 李銀平, 楊博進(jìn), 石暉, 孔慶聰, 徐峰, 胡曉明
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日