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原文传递基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统及方法

专利名称：	基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统及方法
摘要：	本发明属于岩石裂纹检测技术领域，公开了基于XCT层析成像的岩石宏‑微观裂纹检测系统及方法。系统包括力学加载装置、成像装置和计算机，成像装置包括点‑线阵列排布的XCT射线源和可调节式平面探测器。本发明能够对岩心试件不同位置进行不同尺度成像，能够精细捕捉岩石宏‑微观裂纹演化特征，能够在不更换岩心试件的情况下，对同一岩石试件进行宏观和微观的多尺度裂纹成像，能够对中间破裂过程实时精细化捕捉，并获取岩石宏‑微观破裂完整过程应力‑应变曲线。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉大学
发明人：	赵智;陈俊伟;周小平
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-28T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202311099634.2
公开号：	CN117054249A
代理机构：	武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	胡琦旖
分类号：	G01N3/12;G01N3/02;G01N3/04;G01N23/04;G;G01;G01N;G01N3;G01N23;G01N3/12;G01N3/02;G01N3/04;G01N23/04
申请人地址：	430072 湖北省武汉市武昌区八一路299号
主权项：	1.一种基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统，其特征在于，包括：力学加载装置、成像装置和计算机；所述计算机包括加载控制-数据处理子系统和成像子系统；所述力学加载装置和所述加载控制-数据处理子系统构成岩石力学加载系统，所述成像装置和所述成像子系统构成岩石宏-微观裂纹XCT层析成像系统；所述力学加载装置用于进行岩石单轴压缩XCT破裂的力学加载；所述加载控制-数据处理子系统用于对所述力学加载装置进行控制，用于对得到的数据进行处理；所述成像装置包括点-线阵列排布的XCT射线源和可调节式平面探测器；所述点-线阵列排布的XCT射线源包括沿直线铺设的多个点式XCT射线源，每个所述点式XCT射线源与对应的一个点式XCT射线源开关连接；所述可调节式平面探测器包括若干个探测器单元；所述点-线阵列排布的XCT射线源用于产生XCT射线以穿透岩心试件，XCT射线穿透岩心试件后映射至所述可调节式平面探测器；所述成像子系统用于对所述成像装置进行控制，用于生成岩石试件的数字化图像。 2.根据权利要求1所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统，其特征在于，所述力学加载装置包括：伺服加载组件、应力传导单元、加载压头、承载压板、岩心夹持器、应力传感器、固定底座、承载底座、传感器连接模块和旋转托盘；所述应力传导单元包括螺旋式轴向压杆、压力传递套筒、加载弹簧、加载轨道和加载传递碟片；所述加载传递碟片的一端与所述加载弹簧固定连接，另一端与所述加载轨道活动连接；所述加载轨道安装在所述承载底座上；所述加载压头位于所述应力传导单元与所述承载压板之间；所述岩心夹持器用于夹持固定岩心试件，所述岩心夹持器的顶部结构、底部结构分别与所述承载压板、所述固定底座紧固连接；所述应力传感器设置在所述岩心夹持器的底部结构的上方；所述传感器连接模块安装在所述固定底座与所述承载底座之间，所述承载底座安装在所述旋转托盘上；所述伺服加载组件用于根据来自所述加载控制-数据处理子系统的控制信息，输出轴向应力；所述应力传导单元用于传导应力，使应力传递至所述加载压头和所述承载压板，并作用于岩心试件；所述应力传感器用于获得试验过程中的应力-应变数据，所述传感器连接模块用于将所述应力-应变数据传递至所述加载控制-数据处理子系统，所述加载控制-数据处理子系统对所述应力-应变数据进行处理。 3.根据权利要求2所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统，其特征在于，所述力学加载装置还包括：可穿透铝合金挡板；所述可穿透铝合金挡板安装在所述固定底座上，并位于所述岩心夹持器与所述成像装置之间；所述可穿透铝合金挡板用于阻挡岩心试件破裂产生的碎块，以保护所述成像装置。 4.根据权利要求1所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统，其特征在于，所述成像子系统对所述成像装置的控制包括：调节所述点-线阵列排布的XCT射线源中发射XCT射线的所述点式XCT射线源的数量和位置，以对岩心试件的不同视场区域和位置进行检测；调节所述可调节式平面探测器中开启的所述探测器单元的数量和位置，以在不同视场区域映射岩心试件的不同位置。 5.根据权利要求4所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统，其特征在于，所述成像子系统对所述成像装置的控制还包括：调节所述点式XCT射线源的电压和电流，以获得宏-微观不同分辨率尺度下的岩心试件的数字化图像。 6.一种基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-5中任一项所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测系统实现，所述检测方法包括以下步骤：步骤1、将岩心试件夹持固定于力学加载装置中；步骤2、利用岩石力学加载系统执行岩石单轴压缩XCT破裂的预试验，得到预试验应力-应变数据；步骤3、基于所述预试验应力-应变数据，利用所述岩石力学加载系统执行岩石单轴压缩XCT破裂的力学加载，在加载过程的各个阶段均利用岩石宏-微观裂纹XCT层析成像系统进行XCT扫描成像，得到岩石试件的数字化图像。 7.根据权利要求6所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测方法，其特征在于，所述步骤3中，通过调节点-线阵列排布的XCT射线源中发射XCT射线的点式XCT射线源的数量和位置，对岩心试件的不同视场区域和位置进行检测；通过调节可调节式平面探测器中开启的探测器单元的数量和位置，在不同视场区域映射岩心试件的不同位置；利用成像装置捕捉在不同视场区域下的岩心试件的结构和裂纹演化过程。 8.根据权利要求7所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测方法，其特征在于，所述步骤3中，通过调节所述点式XCT射线源的电压和电流，利用所述成像装置捕捉在不同分辨率下的岩心试件的结构和裂纹演化过程。 9.根据权利要求8所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测方法，其特征在于，所述步骤3中，进行岩石宏观裂纹检测时，对岩心试件的宏观视场区域进行从上到下的XCT层析成像，通过调节所述点-线阵列排布的XCT射线源和所述可调节式平面探测器，捕捉在不同视场区域和不同分辨率下的岩心试件的结构和宏观裂纹演化过程，计算机中的成像子系统生成岩石试件包括宏观裂纹的各类结构的数字化图像；进行岩石微观裂纹检测时，对岩心试件的微观视场区域进行从上到下的XCT层析扫描，通过调节所述点-线阵列排布的XCT射线源和所述可调节式平面探测器，捕捉在不同视场区域和不同分辨率下的岩心试件的结构和微观裂纹演化过程，所述成像子系统生成岩石试件包括微观裂纹的各类结构的数字化图像。 10.根据权利要求6所述的基于XCT层析成像的岩石宏-微观裂纹检测方法，其特征在于，还包括：步骤4、结合检测过程中得到的应力-应变数据和所述岩石试件的数字化图像，运用岩石数字图像分割技术，完成岩石微观孔隙、裂隙和固体基质相分割。
所属类别：	发明专利