巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的非接觸無損測試方法
【專利摘要】本發(fā)明巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的非接觸無損測試方法，具體指一種無損測試巖土體樣品導(dǎo)熱系數(shù)的方法，涉及非接觸無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。其步驟第一將待測巖土體樣品置于已處于恒溫狀態(tài)的加熱平板上。第二設(shè)置紅外熱像儀于待測巖土體樣品正前方，啟動(dòng)紅外熱像儀獲取熱像圖以及得出待測巖土體表面溫度場隨時(shí)間變化的相應(yīng)數(shù)據(jù)。第三在停止加熱后的最終熱圖像上取四個(gè)點(diǎn)，記錄下這四點(diǎn)加熱過程中溫度隨時(shí)間變化的相應(yīng)數(shù)據(jù)。第四設(shè)定待測巖土體樣品表面溫度做無量綱后理論推算。第五假定一個(gè)導(dǎo)熱系數(shù)，無量綱后理論推算公式進(jìn)行比較分析直至無量綱后的數(shù)據(jù)與理論值相吻合為止。本發(fā)明具有非接觸、遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)、快速、全場測量等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的非接觸無損測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非接觸無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體指一種無損測試巖土體樣品導(dǎo)熱系數(shù) 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)熱系數(shù)是反映巖土體導(dǎo)熱能力大小的物理量，也稱導(dǎo)熱率，單位為W?nT2 ?r1， 是一個(gè)重要的熱物性參數(shù)，在地源熱泵技術(shù)、核廢料埋設(shè)、凍土工程、石油污染、地下電纜散 熱、地基溫度場變化及煤礦開采等眾多領(lǐng)域有著重要的用途，并且日益受到人們的重視。對(duì) 其精確測量有著非常重要理論和工程應(yīng)用價(jià)值。由于導(dǎo)熱系數(shù)隨物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)的變化 較多，用實(shí)驗(yàn)方法確定材料導(dǎo)熱系數(shù)幾乎成為研究物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的唯一途徑。
[0003] 巖土體導(dǎo)熱系數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)測量，根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測量原理，其測量方法 大致可以分為穩(wěn)定熱流法和非穩(wěn)定熱流法。穩(wěn)定熱流法的基本原理是基于穩(wěn)定熱狀況，即 實(shí)驗(yàn)過程中土體兩側(cè)表面保持恒定的溫差，土體內(nèi)部溫度不隨時(shí)間變化時(shí)，測試土體的溫 度梯度和熱流，用傅里葉導(dǎo)熱定律求解導(dǎo)熱系數(shù)。穩(wěn)定熱流法可分為圓球法、平板法以及熱 流計(jì)法等。這些方法具有原理簡單、計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是在測試含水材料的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí) 精確度不高。非穩(wěn)定熱流法是采用一定幾何形狀的熱源，通過測量土體和熱源表面溫度隨 時(shí)間的變化來計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。非穩(wěn)定熱流法基本上基于熱電偶原理將溫度轉(zhuǎn)換成電勢后用 電壓表或檢流計(jì)讀出相應(yīng)電壓，繼而得到溫度，具有明顯的缺點(diǎn)：誤差較大、調(diào)節(jié)過程復(fù)雜、 自動(dòng)化程度低，而且測量土體內(nèi)部溫度時(shí)需將熱電偶埋入土體之中，使熱電偶周圍土體遭 受擠壓，對(duì)土體產(chǎn)生了一定的破壞性，主要有探針法、熱線法、熱帶法、常功率平面熱源法以 及激光閃爍法等。
[0004] 還有一種測量巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的方法為現(xiàn)場熱響應(yīng)測試方法，該測試方法需要鉆 孔打井將地?zé)釗Q熱器埋設(shè)井中。許多現(xiàn)場環(huán)境由于各種原因不容許遭受破壞，故不能鉆孔 打井取土進(jìn)行試驗(yàn)，因此，目前本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切要求一種非接觸無損傷測試技術(shù)測量 巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種巖土體樣品導(dǎo)熱系數(shù)的非接觸 無損測試方法。本發(fā)明是利用紅外輻射熱成像的技術(shù)原理，測定巖土體樣品熱分布相應(yīng)的 熱像圖的判斷物體的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開一種測定巖土體樣品導(dǎo)熱系數(shù)的方法，所述步驟包 括：
[0007] 第一步，將待測巖土體樣品置于已處于恒溫狀態(tài)的加熱平板上。
[0008] 第二步，設(shè)置紅外熱像儀于待測巖土體樣品正前方，啟動(dòng)紅外熱像儀采集待測巖 土體樣品全動(dòng)態(tài)紅外視頻信號(hào)，紅外熱像儀將待測巖土體樣品輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)傳輸至具有計(jì)算儲(chǔ)存功能的顯示裝置，得到待測巖土體樣品表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。 待測巖土體樣品在加熱過程中，由于紅外熱像儀實(shí)時(shí)監(jiān)測的特點(diǎn)，可以得到每個(gè)時(shí)刻的熱 像圖以及得出待測巖土體表面溫度場隨時(shí)間變化的相應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0009] 第三步，在停止加熱后的最終熱圖像上取四個(gè)點(diǎn)，其均位于待巖測土體樣品表面 上，記錄下這四點(diǎn)加熱過程中溫度隨時(shí)間變化的相應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0010] 第四步，設(shè)定待測巖土體樣品表面溫度做無量綱后理論推算，其公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的非接觸無損測試方法，其特征在于，包括如下步驟： 第一步，將待測巖土體樣品（2)置于恒溫狀態(tài)下的加熱平板（1)之上； 第二步，設(shè)置紅外熱像儀（3)于待測巖土體樣品（2)正前方，啟動(dòng)紅外熱像儀（3)采集 待測巖土體樣品（2)全動(dòng)態(tài)紅外視頻信號(hào)，紅外熱像儀（3)將待測巖土體樣品（2)輻射的 功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸至具有計(jì)算儲(chǔ)存功能的顯示裝置（4); 第三步，在加熱平板（1)停止加熱后的最終熱圖像上取四個(gè)點(diǎn)，其均位于待測巖土體 樣品（2)表面上，記錄下這四點(diǎn)加熱過程中溫度隨時(shí)間變化的相應(yīng)數(shù)據(jù)。 第四步，待測巖土體樣品（2)表面溫度，作無量綱后理論推算，其公式：
第五步，假定一個(gè)導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)第二步得到的待測巖土體樣品（2)表面溫度場隨時(shí)間 變化的數(shù)據(jù)無量綱化，無量綱后并第三步的理論推算公式進(jìn)行比較分析，如無量綱后的數(shù) 據(jù)與理論推算公式比較吻合時(shí)，說明假定的導(dǎo)熱系數(shù)最理想最合理，即得到待測巖土體樣 品的導(dǎo)熱系數(shù)，反之，重新假定導(dǎo)熱系數(shù)，直至無量綱后的數(shù)據(jù)與理論值相吻合為止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的非接觸無損測試方法的裝置，其特征在 于，包括恒溫加熱板（1)，待測巖土體樣品（2)，紅外熱像儀（3)，具有計(jì)算儲(chǔ)存功能的顯示 裝置（4)，其中，紅外熱像儀（3)與具有計(jì)算儲(chǔ)存功能的顯示裝置（4)以電信號(hào)方式連接； 所述紅外熱像儀（3)，其所測最小溫差為0. 1°C ;所述具有計(jì)算儲(chǔ)存功能的顯示裝置（4)為 一筆記本電腦，記錄方式為實(shí)時(shí)數(shù)字記錄，空間分辨率小于2. Omrad。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK104330412SQ201410635924
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】張得煊, 歐陽先庚, 張國軍, 彭波 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)