本发明专利技术涉及的是可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，它包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样、监测装置，岩石试样的顶面设置电极孔洞，岩石试样的各表面都均匀设置弹性板孔洞；高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极固定于岩石试样上，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极的高压电极与三级式火花开关电性相连；监测装置包括多个监测支路、光分路器、光纤光栅解调仪、嵌入式计算机。本发明专利技术实现对高压脉冲等离子体破岩实验中岩石内部的温度场和应力场的实时变化进行监测。
【技术实现步骤摘要】
可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置
：本专利技术涉及的是一种对破岩过程中岩石内部温度和应力变化的测量装置及方法，具体涉及的是可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置。
技术介绍
：在我国现代化建设的进程中，破岩技术在铁路、勘探、钻井、国防等诸多领域起着举足轻重的作用。传统的碎石技术主要采用化学和机械这两种手段，化学手段不能够将炸药安放在岩石物体内部，炸药爆炸形成的冲击波不能够有效的分布在被破物体上，碎石效率较低。机械手段采用的回转刀头随着碎石过程的进行，刀头老化严重，而且碎石产生的杂质会渗入掘进机的传输和驱动设备，降低碎石效率。高效、节能、环保、低成本的碎石技术越来越受到社会的广泛关注，高压脉冲碎石技术应运而生。高压脉冲放电碎岩技术主要有熔丝碎岩、爆炸碎岩、和直接放电三种方式，相比而言，直接放电碎岩具有很大的优势，也是目前研究中最重要的方向。目前我国对直接放电破岩仍处于实验和理论研究阶段还不能在实际工程中广泛应用，但是由于破岩过程中岩石内部情况十分复杂，对内部的温度以及应力的测量手段十分有限，不利于理论研究的分析。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置用于对高压脉冲等离子体破岩实验中岩石内部的温度场和应力场的实时变化进行监测，用于解决现有技术破岩过程中，对岩石内部的温度以及应力的测量手段十分有限的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样、监测装置，岩石试样的顶面设置电极孔洞，电极孔洞附近设置膨胀螺栓孔洞，岩石试样的各表面都均匀设置弹性板孔洞；高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极通过膨胀螺栓固定于岩石试样上，脉冲充电电源的输入端连接于220V交流电，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极的高压电极与三级式火花开关电性相连；同轴式电极包括高压电极和接地电极，高压电极和接地电极同为同轴圆柱的结构，高压电极呈圆盘状，膨胀螺栓固定在接地电极一端，接地电极一端通过膨胀螺栓固定于电极孔洞中；监测装置为温度、应力场监测装置，监测装置包括多个监测支路、光分路器、光纤光栅解调仪、嵌入式计算机，每个监测支路包括弹性板、光纤光栅传感器、光连接器、光耦合器，每个光纤传感器固定在一个弹性板的一侧，通过该弹性板放置到弹性板孔洞中，并利用粉末压实；每个光纤传感器与光连接器通过光纤固定连接，光连接器的输入端口与光耦合器的输出端口相连接；各监测支路的光耦合器的输入端口均与光分路器的输出端口相连接，光分路器的输入端口连接于光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪连接嵌入式计算机，光纤光栅解调仪与光分路器通过导线相连。上述方案中三级式火花开关包括两个主电极和一个触发电极，主电极由高压电极和接地电极组成，三级式火花开关用于隔离充电电路和放电电路。上述方案中高能储能电容具有多组，多组高能储能电容并联连接，以满足实验需要。上述方案中三级式火花开关的中间电级具有较大的烧蚀面积。上述方案中电极孔洞周围设置两个膨胀螺栓孔洞，用于固定膨胀螺栓。上述方案中岩石试样为正方体岩试样，岩石试样的六个面钻取多个深度为5cm的弹性板孔洞，弹性板孔洞呈棋盘式布置在岩石试样表面，用于放置上述的弹性板。上述方案中脉冲充电电源的供电来自于工频220V交流电，经过整流向充电电源提供直流电，脉冲充电电源最高输出的峰值电压为50kV，允许的最大输出峰值电流为200mA，给高能储能电容充电，高能储能电容单个电容值为1μF，耐压值为30kV，8个高能储能并联，充电电压的上升时间为微秒量级；当充电电压达到设定值后，由触发的三级式火花开关导通，输出上升时间在纳秒量级的高压短脉冲，加载到同轴式电极上，实现高压脉冲放电碎岩。上述方案中监测支路中光纤光栅传感器均与光连接器及光耦合器相连，光纤光栅传感器监测处为监测位置点，经过光分路器和光纤光栅解调仪，由于光纤光栅的中心波长与温度和应力有关，通过监测光纤光栅反射回的波长值变化，获取破岩过程中岩石监测位置点的温度和应力；由于监测位置点呈棋盘状布置在岩石表面，通过嵌入式计算机构建出随时间变化的温度场和应力场；由于检测信号的输出为光信号，克服了高压脉冲破岩装置产生的磁场，测量数据准确。本专利技术具有以下有益效果：1、现有破岩实验仅能在实验后测量岩石温度，本专利技术实现对高压脉冲等离子体破岩实验中岩石内部的温度场和应力场的实时变化进行监测，从而得到更加完整的数据有利于后期数据分析。2、现有实验使用导线进行数据的传输，但由于实验过程中的强电磁的干扰，得到的数据不准确，本专利技术中应用于岩石内部温度及应力监测的光纤光栅传感器具有无源性、不受电磁场干扰、耐高温的特性所得到的数据可靠性高。3、现有实验的数据传输是通过电信号传输，但是由于实验所用传输线上电流过大，对电信号有强干扰导致得到的实验数据不准确，本专利技术中温度及应力信号通过光信号传输，不受到电流的干扰，性能稳定可靠，测量精度和分辨率高，得到的数据更加准确。4、本专利技术中的弹性板具有较高的弹性，保证其上的光纤光栅传感器与监测处变形的一致，不会随振动而产生滑移偏转而改变测点位置，从而保证监测点的测量数据稳定可靠，减少测量误差，检测结果精确可靠。5、现有实验在后期分析处理岩石内部产生温度所使用的设备和方法十分复杂且耗时久，本专利技术测量方法简单，能够通过光纤光栅应变传感器直接测量温度和应力，不需要进行复杂的数学计算处理，检测结果亦精确可靠。附图说明：图1为本专利技术中同轴式电极、岩石试样、光纤光栅传感器关系示意图；图2为本专利技术的光纤光栅传感器固定于弹性板上的结构示意图；图3为本专利技术的结构框图。图中：1同轴式电极，2弹性板，3光纤光栅传感器，4岩石试样，5电极孔洞，6弹性板孔洞，7膨胀螺栓孔洞。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：结合图1-图3所示，这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样4、监测装置，岩石试样4的顶面设置电极孔洞5，电极孔洞5附近设置膨胀螺栓孔洞7，岩石试样4的各表面都均匀设置弹性板孔洞6。高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极1、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极1通过膨胀螺栓固定于岩石试样4上，脉冲充电电源的输入端连接于220V交流电，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极1的高压电极与三级式火花开关电性相连。三级式火花开关的电极材料采用黄铜材质，它包括两个主电极：高压电极和接地电极，一个触发电极，用于隔离充电电路和放电电路，三级式火花开关的中间电级具有较大的烧蚀面积。脉冲充电电源：为所述同轴式电极1提供脉冲电；所述脉冲充电电源为自主搭建的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，其特征在于：这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样（4）、监测装置，岩石试样（4）的顶面设置电极孔洞（5），电极孔洞（5）附近设置膨胀螺栓孔洞（7），岩石试样（4）的各表面都均匀设置弹性板孔洞（6）；高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极（1）、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极（1）通过膨胀螺栓固定于岩石试样（4）上，脉冲充电电源的输入端连接于220V交流电，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极（1）的高压电极与三级式火花开关电性相连；同轴式电极（1）包括高压电极和接地电极，高压电极和接地电极同为同轴圆柱的结构，高压电极呈圆盘状，膨胀螺栓固定在接地电极一端，接地电极一端通过膨胀螺栓固定于电极孔洞（5）中；监测装置为温度、应力场监测装置，监测装置包括多个监测支路、光分路器、光纤光栅解调仪、嵌入式计算机，每个监测支路包括弹性板（2）、光纤光栅传感器（3）、光连接器、光耦合器，每个光纤光栅传感器（3）固定在一个弹性板（2）的一侧，通过该弹性板放置到弹性板孔洞（6）中，并利用粉末压实；每个光纤光栅传感器（3）与光连接器通过光纤固定连接，光连接器的输入端口与光耦合器的输出端口相连接；各监测支路的光耦合器的输入端口均与光分路器的输出端口相连接，光分路器的输入端口连接于光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪连接嵌入式计算机，光纤光栅解调仪与光分路器通过导线相连。/n...
【技术特征摘要】
1.一种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，其特征在于：这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样（4）、监测装置，岩石试样（4）的顶面设置电极孔洞（5），电极孔洞（5）附近设置膨胀螺栓孔洞（7），岩石试样（4）的各表面都均匀设置弹性板孔洞（6）；高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极（1）、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极（1）通过膨胀螺栓固定于岩石试样（4）上，脉冲充电电源的输入端连接于220V交流电，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极（1）的高压电极与三级式火花开关电性相连；同轴式电极（1）包括高压电极和接地电极，高压电极和接地电极同为同轴圆柱的结构，高压电极呈圆盘状，膨胀螺栓固定在接地电极一端，接地电极一端通过膨胀螺栓固定于电极孔洞（5）中；监测装置为温度、应力场监测装置，监测装置包括多个监测支路、光分路器、光纤光栅解调仪、嵌入式计算机，每个监测支路包括弹性板（2）、光纤光栅传感器（3）、光连接器、光耦合器，每个光纤光栅传感器（3）固定在一个弹性板（2）的一侧，通过该弹性板放置到弹性板孔洞（6）中，并利用粉末压实；每个光纤光栅传感器（3）与光连接器通过光纤固定连接，光连接器的输入端口与光耦合器的输出端口相连接；各监测支路的光耦合器的输入端口均与光分路器的输出端口相连接，光分路器的输入端口连接于光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪连接嵌入式计算机，光纤光栅解调仪与光分路器通过导线相连。
2.根据权利要求1所述的可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，其特征在于：所述的三级式火花开关包括两个主电极和一个触发电极，主电极由高压电极和接地电极组成，三级式火花开关用于隔离充电电路和放电电路。
3.根据权利要求2所述的可测试岩石温度应力的电脉冲破...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙文峰，刘师成，白丽丽，付光杰，闫铁，李铮，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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