一种变温岩石介电特性测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变温岩石介电特性测试装置及其测试方法，涉及微波技术领域，包括温控仪、矢量网络分析仪和介电特性测试操作平台；有益效果在于：通过设置加热箱在滑轨上滑动调节位置，保证加热位置的准确，提高加热效率；设置第一导轨和第二导轨使支撑滑动，限位装置限制顶紧板右移，保证岩石样品内外与高温同轴线内外导体紧密接触，避免缝隙影响测量结果精度，减小测量误差；设置左水冷基座和右水冷基座进行冷却降温，避免对射频同轴转换接头的损坏和影响；设置气泵根据需要启动吹风，避免岩石样品存在刺激性气味时影响人工操作。免岩石样品存在刺激性气味时影响人工操作。免岩石样品存在刺激性气味时影响人工操作。

【技术实现步骤摘要】
一种变温岩石介电特性测试装置及其测试方法


[0001]本专利技术涉及微波
，特别是涉及一种变温岩石介电特性测试装置及其测试方法。

技术介绍

[0002]微波辅助机械破岩是隧道工程建设中极具应用前景的辅助技术。在隧道掘进机破岩过程中常遇到坚硬岩石，破岩滚刀承受很大冲击荷载，其关键部件滚刀刀圈和轴承易产生损坏，影响施工效率，使用微波设备可快速加热岩石，热应力引发岩石内部微裂纹起裂和扩展，降低岩石的强度等力学特性，因而采用微波辅助机械破岩可以提高隧道施工过程中岩石破碎效率、减轻机械设备损耗、降低施工成本。
[0003]岩石的介电特性反映其对微波的吸收能力，介电特性越强，岩石吸收微波的能力越强，微波的加热效果就越好，设计出一套变温岩石介电特性测试装置，测定介电常数，介电损耗、介电损耗正切等影响因素，微波辅助破岩前，准确了解施工路段岩石的介电特性是十分必要的。选取隧道施工现场常见岩石进行了变温条件下介电特性测试对测试，筛选出适合微波辅助破岩施工路段，对实现微波辅助机械破岩的工程应用具有重要参考和指导意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种变温岩石介电特性测试装置及其测试方法。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种变温岩石介电特性测试装置，包括温控仪、矢量网络分析仪和介电特性测试操作平台，所述介电特性测试操作平台包括底座，所述底座上表面右侧固定安装有两条平行设置的第一导轨，所述第一导轨上滑动设置有顶紧板，所述顶紧板左端固定安装有受力板，所述受力板左侧固定安装有右水冷基座，所述底座对应所述右水冷基座位置固定安装有第二导轨，所述右水冷基座在所述第二导轨上滑动，所述右水冷基座左侧设置有固定安装在所述底座上的左水冷基座，所述左水冷基座和右水冷基座之间设置有高温同轴线，所述高温同轴线左右两侧分别固定连接有隔热同轴线，所述左水冷基座和右水冷基座上均穿设有水冷同轴线，所述水冷同轴线与所述隔热同轴线固定连接，所述左水冷基座左侧面对应所述水冷同轴线固定安装有左射频同轴转换接头，所述右水冷基座右侧面对应所述水冷同轴线固定安装有右射频同轴转换接头，所述受力板对应所述右射频同轴转换接头位置开设有通孔；所述高温同轴线后侧设置有加热箱，所述底座上表面对应所述加热箱位置固定安装有滑轨，所述加热箱在所述滑轨上滑动，所述加热箱前侧固定安装有电磁加热圈，所述电磁加热圈包裹所述高温同轴线；所述高温同轴线包括样品夹持器和样品夹持器左右两侧的高温接头，所述样品夹持器和所述高温接头内部设置有左右相插接的内导体；所述矢量网络分析仪通过波导管分别与左射频同轴转换接头和左射频同轴转换接头相连接；所述温
控仪的热电偶插在所述高温同轴线内。
[0006]优选的：待测的岩石样品放置于由电磁加热圈包围的样品夹持器中。
[0007]优选的：所述顶紧板上固定安装有限位装置，所述限位装置包括卡块和限位齿条，所述卡块在所述顶紧板上上下活动，所述卡块下部与所述顶紧板之间固定安装有支撑弹簧，所述卡块下端延伸出所述顶紧板下表面固定安装有齿牙，所述底座上表面对应所述卡块位置固定安装有限位齿条。
[0008]优选的：还包括气泵，所述气泵通过管道延伸至所述高温同轴线上方。
[0009]优选的：所述的加热箱温度可调，温度范围：室温～600℃，设备测试频率:0.9～5GHz，控制温度精度：≤4％。
[0010]优选的：所述左水冷基座和右水冷基座上表面均设置有冷却水入口和冷却水出口，且与外部供水管相连接。
[0011]使用上述的一种变温岩石介电特性测试装置的变温岩石介电特性测试方法，包括岩石样品的安装方法、测试环境为常温测量的测试方法和测试环境为变温测量的测试方法。
[0012]所述岩石样品的安装方法为：将岩石样品放在样品夹持器内，通过向上拉动卡块，支撑弹簧压缩，卡块和限位齿条分离，推动顶紧板向左移动，高温接头对样品夹持器进行夹紧，岩石样品内外与高温同轴线内外导体紧密接触，松开卡块，卡块下端齿牙与限位齿条相咬合实现锁定，推动加热箱在滑轨上滑动，调整电磁加热圈位置，使样品夹持器和岩石样品位于电磁加热圈加热有效区内，将矢量网络分析仪通过波导管分别与左射频同轴转换接头和左射频同轴转换接头相连接，所述温控仪的热电偶插在所述高温同轴线内，矢量网络分析仪与外部计算机连接当测试环境为常温测量时，测试方法具体步骤如下：步骤a1、变温岩石介电特性测试装置测试前初始化设备仪器，保证仪器设备正常；步骤a2、选取标准校准件分别进行直通校准、反射校准、传输线校准，完成对矢量网络分析仪校准；步骤a3、变温岩石介电特性测试装置在常温下对聚四氟乙烯标准件进行介电特性测试，用聚四氟乙烯标准样品来判断系统校准是否成功；步骤a4、校准完成后，装入中空柱状岩石样品进行介电特性测试，样品装配时需要端面对齐且不能顶入两端同轴线中，然后在软件输入样品尺寸，进行介电特性参数测试。
[0013]步骤a5、矢量网络分析仪发出的微波信号通过右射频同轴转换接头接入，经同轴线穿过被测岩石样品，矢量网络分析仪从左射频同轴转换接头采集反馈的微波信号进行计算，得到被测样品材料的介电常数和介电损耗，并传送分析结果至计算机。
[0014]当测试环境为变温测量时，具体步骤如下：步骤b1、测试前先打开水冷机和温控箱，推动加热箱在滑轨上滑动，调整电磁加热圈位置，使样品夹持器和岩石样品位于电磁加热圈加热有效区内，输入样品尺寸；步骤b2、每一个温度点测试完毕后，点击“保存数据
”ꢀ
，得到被测样品材料的介电常数和介电损耗，并保持分析结果至计算机，然后输入下一个温度点，点击“校准后测试”，测试下一个温度点数据；步骤b3、完成所有温度点测试后，将高温同轴线拉开，气泵开到最大进行冷却，冷
却完毕后关闭水冷机。
[0015]优选的：所述步骤b1中，当岩石样品有较大的挥发性时，打开气泵向岩石样品位置吹气。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过设置加热箱在滑轨上滑动调节位置，保证加热位置的准确，提高加热效率；设置第一导轨和第二导轨使支撑滑动，限位装置限制顶紧板右移，保证岩石样品内外与高温同轴线内外导体紧密接触，避免缝隙影响测量结果精度，减小测量误差；设置左水冷基座和右水冷基座进行冷却降温，避免对射频同轴转换接头的损坏和影响；设置气泵根据需要启动吹风，避免岩石样品存在刺激性气味时影响人工操作； 通过分析温度对介电特性影响，后续微波辅助破岩过程中，可以结合温度对岩体破坏机理，针对不同岩石在微波吸收性能好和岩石破坏程度高的情况下进行微波辅助破岩，降低能耗，提高破岩效率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术所述一种变温岩石介电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变温岩石介电特性测试装置，包括温控仪（1）、矢量网络分析仪（2）和介电特性测试操作平台（3），其特征在于：所述介电特性测试操作平台（3）包括底座（6），所述底座（6）上表面右侧固定安装有两条平行设置的第一导轨（7），所述第一导轨（7）上滑动设置有顶紧板（9），所述顶紧板（9）左端固定安装有受力板（19），所述受力板（19）左侧固定安装有右水冷基座（13），所述底座（6）对应所述右水冷基座（13）位置固定安装有第二导轨（18），所述右水冷基座（13）在所述第二导轨（18）上滑动，所述右水冷基座（13）左侧设置有固定安装在所述底座（6）上的左水冷基座（12），所述左水冷基座（12）和右水冷基座（13）之间设置有高温同轴线（10），所述高温同轴线（10）左右两侧分别固定连接有隔热同轴线（21），所述左水冷基座（12）和右水冷基座（13）上均穿设有水冷同轴线，所述水冷同轴线与所述隔热同轴线（21）固定连接，所述左水冷基座（12）左侧面对应所述水冷同轴线固定安装有左射频同轴转换接头（20），所述右水冷基座（13）右侧面对应所述水冷同轴线固定安装有右射频同轴转换接头（17），所述受力板（19）对应所述右射频同轴转换接头（17）位置开设有通孔；所述高温同轴线（10）后侧设置有加热箱（4），所述底座（6）上表面对应所述加热箱（4）位置固定安装有滑轨（5），所述加热箱（4）在所述滑轨（5）上滑动，所述加热箱（4）前侧固定安装有电磁加热圈（16），所述电磁加热圈（16）包裹所述高温同轴线（10）；所述高温同轴线（10）包括样品夹持器（15）和样品夹持器（15）左右两侧的高温接头（11），所述样品夹持器（15）和所述高温接头（11）内部设置有左右相插接的内导体；所述矢量网络分析仪（2）通过波导管分别与左射频同轴转换接头（20）和左射频同轴转换接头（20）相连接；所述温控仪（1）的热电偶插在所述高温同轴线（10）内；所述顶紧板（9）上固定安装有限位装置（14），所述限位装置（14）包括卡块和限位齿条（8），所述卡块在所述顶紧板（9）上上下活动，所述卡块下部与所述顶紧板（9）之间固定安装有支撑弹簧，所述卡块下端延伸出所述顶紧板（9）下表面固定安装有齿牙，所述底座（6）上表面对应所述卡块位置固定安装有限位齿条（8）。2.根据权利要求1所述的一种变温岩石介电特性测试装置，其特征在于：待测的岩石样品（25）放置于由电磁加热圈（16）包围的样品夹持器（15）中。3.根据权利要求1所述的一种变温岩石介电特性测试装置，其特征在于：还包括气泵，所述气泵通过管道延伸至所述高温同轴线（10）上方。4.根据权利要求1所述的一种变温岩石介电特性测试装置，其特征在于：所述的加热箱（4）温度可调，温度范围：室温～600℃，设备测试频率:0.9～5GHz，控制温度精度：≤4％。5.根据权利要求1所述的一种变温岩石介电特性测试装置，其特征在于：所述左水冷基座（12）和右水冷基座（13）上表面均设置有冷却水入口和冷却水出口，且与外部供水管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅远，卢高明，周建军，李宏波，杨延栋，张理蒙，范文超，潘东江，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：