一种活塞圆筒装置及其实时测压方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种活塞圆筒装置，包括底座组件、活塞和圆筒组件，所述底座组件上固定设置有摄像装置，所述摄像装置连接有处理器，所述活塞设置在圆筒组件内，并且与所述圆筒组件轴向相对运动，所述活塞和/或圆筒组件外表面喷涂有散斑标记，所述摄像装置实时采集所述散斑标记的图像并发送到处理器上，该活塞圆筒装置的实时测压方法为，在所述活塞和/或圆筒组件外表面喷涂有散斑标记，进行高温高压实验，在实验过程中应用所述摄像装置实时采集散斑标记的图像，处理器根据图像计算活塞和圆筒组件的应变，通过应变计算样品所受的静水压力，该发明专利技术可实现对活塞圆筒高温高压装置实验压力的实时高精度检测，从而提升现有装置的实验精度。

【技术实现步骤摘要】
一种活塞圆筒装置及其实时测压方法
本专利技术涉及高温高压实验装置领域，具体涉及一种活塞圆筒装置及其实时测压方法。
技术介绍
活塞圆筒装置在物理、化学、地球科学等领域中是一种常用的实验装置。该装置由圆筒状的腔体与活塞构成，通过压机将数百吨的压力作用于活塞，进而作用于样品，实现样品内部的超高静水压，最高可达5～6GPa，同时圆筒腔体内模拟高温环境，使得样品同时处于高温高压状态。在现有实验装置中，对施加于样品的静水压力的测量通常采用理论计算的方法。即认为压机输出的压力全部作用于实验样品，静水压力P＝压机输出力F/活塞截面积S。在该测量方法下，实验过程中的压力误差为0.03GPa。误差的主要来源是压力机运动部件之间的摩擦，以及实验样品与活塞、圆筒之间的摩擦。该方法的优势在于测量方便，通过液压机输出油压即可计算得到样品所受压力；不足之处在于，实验误差略大，尤其是当更换样品仓材质配比时，摩擦状况的略微改变会产生不确定的压力损失，加大实验误差。因此，需要专利技术一种结构简单的活塞圆筒装置，能够实现高精度监测该活塞圆筒内部样品的实时压力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种活塞圆筒装置及其实时测压方法，从而实现对活塞圆筒装置实验压力的实时高精度检测。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种活塞圆筒装置，包括底座组件、活塞和圆筒组件，所述底座组件上固定设置有摄像装置，所述摄像装置连接有处理器，所述活塞设置在圆筒组件内，并且与所述圆筒组件轴向相对运动，所述活塞和/或圆筒组件外表面喷涂有散斑标记，所述摄像装置实时采集所述散斑标记的图像并发送到处理器上。进一步的，所述底座组件包括上底座、下底座和支杆，所述支杆连接上底座和下底座，所述摄像装置固定设置在上底座上，和/或下底座上，和/或支杆上。所述摄像装置的位置根据采集的需要进行设置，应便于采集散斑标记。进一步的，所述圆筒组件包括内筒和外筒，所述外筒包覆在所述内筒外部，所述内筒内部设置有能够沿轴向移动的活塞，所述内筒上表面喷涂有所述散斑标记。由于在压力作用下内筒产生径向变形，上表面喷涂散斑标记能够体现径向上的变形。进一步的，所述活塞与所述内筒能够轴向移动接触的外表面上喷涂有所述散斑标记。所述活塞在外表面喷涂散斑标记能够体现轴向上产生变形。进一步的，所述散斑标记为黑色或白色喷漆喷涂形成的图形。进一步的，所述摄像装置设置有一个以上。设置一个摄像装置即能满足采集需要，设置多个能够保证采集精度以及提高采集速度。一种活塞圆筒装置的实时测压方法，采用上述一种活塞圆筒装置，包括以下步骤：步骤1：将样品设置在所述内筒的内部设置活塞的腔体内；步骤2：在所述活塞外表面和所述外筒的上表面喷涂所述散斑标记；步骤3：开始进行高温高压实验，并在实验过程中，开启所述摄像装置对压力加载前后的所述散斑标记图像进行实时采集；步骤4：将采集到的所述散斑标记图像输入处理器中；步骤5：处理器根据所述散斑标记图像的变换计算所述样品受到的静水压力。进一步的，所述步骤5中处理器根据所述散斑标记图像的变换计算所述样品受到的静水压力的具体方法为：步骤51：由计算机根据散斑点图像的变化计算所述活塞的轴向应变量及所述内筒的径向应变量；步骤52：所述活塞的轴向应变量结合所述活塞的形状、材料属性，计算所述样品所受的静水压力，该值记为σ1；步骤53：所述内筒的径向应变量结合所述内筒的形状、材料属性，计算所述样品所受的静水压力，该值记为σ2；步骤54：计算σ1与σ2的偏差，当σ1与σ2偏差不超过2％时，取二者平均值σ＝(σ1+σ2)/2，进入步骤55；当σ1与σ2偏差超过2％，进入步骤56；步骤55：计算σ与理论上静水压力P的偏差，σ与P的偏差不超过5％，σ＝(σ1+σ2)/2为最终结果，σ与P的偏差超过5％，进入步骤56；步骤56：排查所述活塞圆筒装置的误差来源。进一步的，所述步骤56中排出误差来源的方法为：排查所述摄像装置及其线路连接是否存在故障、内筒是否产生缺陷、外筒是否产生缺陷、所述活塞圆筒装置是否产生振动；本专利技术所述的技术方案具有以下优势：(1)本专利技术所述的一种活塞圆筒装置，安装有摄像装置，与处理器连接，去除了冗余复杂的压力传感系统，结构简单，便于操作；(2)本专利技术所述的一种活塞圆筒装置的，并且可实时准确地测量放置样品的容纳腔内的超高静水压力，并且能够应用于高温高压条件下，对于提升活塞圆筒装置的实验精度具有重要意义；可以应用到其他需要测量超高实验压力的实验装置。(3)本专利技术所述的一种活塞圆筒装置的实时测压方法，采用数字图像相关技术测量放置样品的容纳腔内压力，仅需摄像装置采集散斑图像以及处理器进行压力计算与校核，处理速度快，并且误差小，实现了高精度测量。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例一所述的活塞圆筒装置的示意图；图2为本专利技术图1中B处放大图；图3为本专利技术图1中A-A截面仰视图示意图；图4为本专利技术A-A截面仰视图的实施例二示意图。附图标记说明：1、上底座；2、垫板；3、支撑块；4、活塞；5、样品；6、支撑塞；7、下底座；8、摄像装置；9、支杆；10、散斑区；11、外筒；12、内筒；120、容纳腔；13、固定板；14、压力支撑板；15、压力分配板；16、主液压缸；17、滑块；18、卸荷液压缸；19、支撑架。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术中涉及“左”、“右”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，且已在附图中标出。由此，限定有“左”、“右”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本专利技术要求的保护范围之内。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。实施例一，如图1和图2所示，一种活塞圆筒装置，包括：包括底座组件、活塞4和圆筒组件，所述底座组件用于支撑活塞4和圆筒组件，所述底座组件包括上底座1、下底座7和支杆9，所述支杆9设置有两个以上，用于固定连接上底座1和下底座7，所述底座组件上固定设置有摄像装置8，所述摄像装置8固定设置在上底座1上，和/或下底座7上，和/或支杆9上，所述摄像装置8连接有处理器，在该实施例中，所述摄像装置8设置有一个，固定安装在上底座1与所述下底座7相对的一侧，所述上底座1与下底座7相对的一侧还通过螺栓固定设置有垫板2，所述垫板2上通过螺栓固定连接有支撑块3，能够与所述活塞4上部接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活塞圆筒装置，包括底座组件、活塞和圆筒组件，其特征在于，所述底座组件上固定设置有摄像装置，所述摄像装置连接有处理器，所述活塞设置在圆筒组件内，并且与所述圆筒组件轴向相对运动，所述活塞和/或圆筒组件外表面喷涂有散斑标记，所述摄像装置实时采集所述散斑标记的图像并发送到处理器上。/n

【技术特征摘要】
1.一种活塞圆筒装置，包括底座组件、活塞和圆筒组件，其特征在于，所述底座组件上固定设置有摄像装置，所述摄像装置连接有处理器，所述活塞设置在圆筒组件内，并且与所述圆筒组件轴向相对运动，所述活塞和/或圆筒组件外表面喷涂有散斑标记，所述摄像装置实时采集所述散斑标记的图像并发送到处理器上。


2.根据权利要求1所述的活塞圆筒装置，其特征在于，所述底座组件包括上底座、下底座和支杆，所述支杆连接上底座和下底座，所述摄像装置固定设置在上底座上，和/或下底座上，和/或支杆上。


3.根据权利要求2所述的活塞圆筒装置，其特征在于，所述圆筒组件包括内筒和外筒，所述外筒套设在所述内筒外部，所述内筒内部设置有能够沿轴向移动的活塞，所述内筒上表面喷涂有所述散斑标记。


4.根据权利要求3所述的活塞圆筒装置，其特征在于，所述活塞与所述内筒能够相对运动接触的外表面上喷涂有所述散斑标记。


5.根据权利要求4所述的活塞圆筒装置，其特征在于，所述散斑标记为黑色或白色喷漆喷涂形成的图形。


6.根据权利要求5所述的活塞圆筒装置，其特征在于，所述摄像装置设置有一个以上。


7.一种活塞圆筒装置的实时测压方法，采用权利要求1～6任意一项所述的活塞圆筒装置，包括以下步骤：
步骤1：将样品设置在所述内筒的内部设置活塞的腔体内；
步骤2：在所述活塞外表面和所述内筒的上表面上喷涂所述散斑标记；
步骤3：...

【专利技术属性】
技术研发人员：校文超，岳文，康嘉杰，孟德忠，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11