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专利号: 2013103922478
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:无效专利
专利领域: 暂无
更新日期:2023-06-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深海模拟声学实验台,包括水箱系统(01)、调压保压系统(02)、气泡发生系统(03)、水箱压力保护系统(04)和声学系统(05),其特征在于:

所述水箱系统(01)包括密闭的水箱外壳(101)、密封圈(102)、锁紧卡箍(103)、支撑台架(104)、自动开启装置(105)、温度计(106)、压力补偿器(107)以及若干连接通道,其中水箱外壳(101)由铁质材料制成框架,除底面外的五个面均配有耐高温、耐高压、耐腐蚀的有机玻璃或石英玻璃制成的玻璃窗(110),水箱外壳(101)由水箱盖(108)和水箱体(109)组成,并由水箱盖(108)两侧的锁紧卡箍(103)将两者锁紧固定,结合处由密封圈(102)确保密封无隙;支撑台架(104)位于水箱体(109)底部;自动开启装置(105)安装于水箱盖(108)上部中央;温度计(106)安装于水箱盖(108)左侧上;压力补偿器(107)安装于水箱体(109)右侧中部;分别位于水箱体(109)左侧的两个连接通道和右侧、底部的两个连接通道作为调压保压系统(02)、气泡发生系统(03)、水箱压力保护系统(04)、声学系统(05)与水箱系统(01)之间的接口;

所述调压保压系统(02)包括第一气体压缩机(201)、前调压二通阀(202)、模拟海水箱(203)、调压稳压阀(204)、调压流量计(205)、液体增压泵(206)、液体增压泵二通阀(207)、调压压力表(208)、调压三通阀(209)、后调压二通阀(210)、保压三通阀(211)、保压压力表(212)、回流二通阀(213)、第一控制器(214)以及泄压阀(215);所述第一气体压缩机(201)具有两个出口,其中一个出口与前调压二通阀(202)的一端相连,另一个出口与位于水箱系统(01)顶部的回流二通阀(213)的一端相连,回流二通阀(213)的另一端与水箱系统(01)相连;所述前调压二通阀(202)的另一端与模拟海水箱(203)的一个接口相连,模拟海水箱(203)另外两个接口中的一个接口由管道连接至调压稳压阀(204)的进口,另一个接口由管道连接至泄压阀(215)的出口,泄压阀(215)进口与调压三通阀(209)、后调压二通阀(210)之间的管道相连;所述调压稳压阀(204)出口与调压流量计(205)的一端相连,调压流量计(205)另一端与调压三通阀(209)的左侧进口相连;调压三通阀(209)的右侧出口与后调压二通阀(210)的一端相连,上侧出口与调压压力表(208)相连;后调压二通阀(210)的另一端与水箱系统(01)相连;液体增压泵二通阀(207)的一端与液体增压泵(206)相连,另一端与调压流量计(205)和调压三通阀(209)之间的管道相连;液体增压泵(206)外接第一控制器(214);位于水箱顶部的保压三通阀(211)配有保压压力表(212);

所述气泡发生系统(03)包括压力表(301)、流量计(302)、稳压阀(303)、节流阀(304)、曝气装置(305)以及第二气体压缩机(306);其中曝气装置(305)位于水箱系统(01)右下侧;第二气体压缩机(306)出口与节流阀(304)进口相连;节流阀(304)的出口与稳压阀(303)的进口相连;稳压阀(303)的出口与流量计(302)的一端相连;流量计(302)的另一端与压力表(301)的一端相连;压力表(301)的另一端与曝气装置(305)相连;

所述水箱压力保护系统(04)包括第二控制器(401)、电磁阀(402)、气动阀(403)、防爆阀(404)、盛水器(405)以及第三气体压缩机(406);其中电磁阀(402)进口与水箱系统(01)相连,出口与气动阀(403)的进口相连,同时外接第二控制器(401)、第三气体压缩机(406);气动阀(403)的出口与盛水器(405)相连;其中防爆阀(404)的进口连接于水箱系统(01)与电磁阀(402)之间的管道,出口连接于盛水器(405);第二控制器(401)配有压力传感器;

所述声学系统(05)包括信号发生器(503)、功率放大器(502)、超声波探头(501)和数据采集系统(504),其中超声波探头(501)集超声波发生和接收于一体,布放于水箱系统(01)的左侧;数据采集系统(504)包括数据采集卡和计算机,与超声波探头(501)的信号输出端相连;功率放大器(502)的输出端与超声波探头(501)的信号输入端相连,功率放大器(502)的输入端与信号发生器(503)的信号输出端相连。

2.一种使用如权利要求1所述的深海模拟声学实验台的方法,其特征在于该方法包括水箱装配、调压保压、气泡发生、声学探测四个部分,具体步骤如下:

A、水箱装配过程:

A-1开始装配前,按照实验要求,在水箱内部布置好相关实验设备;再将气泡发生系统(03)中的曝气装置(305)以及声学系统(05)安装完毕,同时将调压保压系统(02)、水箱压力保护系统(04)与水箱系统(01)之间的接口安装完毕;然后由自动开启装置(105)将水箱盖(108)合上,水箱盖(108)和水箱体(109)之间由密封圈(102)确保密封无隙,并由锁紧卡箍(103)将两者箍紧,保证在水箱系统(01)高压状态下始终处于密封状态;其中温度计(106)作为水箱盖(108)的内嵌部件,压力补偿器(107)作为水箱体(109)的内嵌部件,两者在水箱盖(108)合上时,即开始工作;整个装配过程在支撑台架(104)上完成;

A-2当实验操作完毕后,水箱系统(01)内降为常压后,可由自动开启装置(105)自动开启水箱系统(01);

B、调压保压过程:

B-1调压前,水箱系统(01)中充满着空气,压强为大气压,保压三通阀(211)的阀门处于打开状态,其他所有阀门均处于闭合状态;

B-2加压时,打开前调压二通阀(202)、调压稳压阀(204)、后调压二通阀(210)以及调压三通阀(209)左侧进口和右侧出口之间的阀芯,由第一气体压缩机(201)产生气源,将模拟海水箱(203)中的液体挤入水箱系统(01)中,待保压三通阀(211)初有连续水流流出时,关闭前调压二通阀(202),同时第一气体压缩机(201)停止工作;调压保压系统(02)中的所有阀门均关闭;此时,保持调压三通阀(209)左侧进口和右侧出口打开,上侧出口依然关闭,根据实验要求在调压压力表(208)处设定水箱系统(01)所要达到的压强值,并打开液体增压泵二通阀(207)和后调压二通阀(210),由第一控制器(214)控制液体增压泵(206)开始工作,不断地给水箱系统(01)增压,当达到实验要求压强时,调压三通阀(209)的左侧进口立即关闭,上侧出口打开,同时第一控制器(214)发出命令,液体增压泵(206)停止工作,此时调压压力表(208)处实时监测并显示水箱系统(01)的压强,若有变化,调压三通阀(209)的上侧出口立即关闭,左侧进口打开,第一控制器(214)立即启动液体增压泵(206)给水箱系统(01)增压,当水箱达到指定值时候,停止工作,调压三通阀(209)也恢复左侧进口关闭,右侧和上侧出口打开的状态,如此周而复始,从而达到保压的功能;保压压力表(212)处显示的数据是水箱系统(01)顶部的压强,作为实验的备用参数;

B-3泄压时,当处于某压强的实验环节结束时,需要泄压,此时使液体增压泵(206)和第一控制器(214)停止工作,关闭所有阀门,只将后调压二通阀(210)和泄压阀(215)打开,水箱系统(01)中的液体排入模拟海水箱(203),水箱系统(01)中恢复常压;然后再打开回流二通阀(213),由第一气体压缩机(201)产生气源,将水箱系统(01)中剩余的液体全部排入模拟海水箱(203)中;

B-4调压时,B-2步骤中加压完毕后,若要实现水箱系统(01)中的压强比现有压强大,则由第一控制器(214)和液体增压泵(206)在B-2步骤的基础上继续增压到指定压强即可;若要实现水箱系统(01)中的压强比现有压强小,则参照B-3步骤,各个阀均设置在B-3步骤的状态,并在泄压阀(215)设定一个指定压强值,开始泄压;当水箱系统(01)中达到指定压强时,各个阀恢复到B-2步骤的状态,并由第一控制器(214)和液体增压泵(206)共同作用,实现保压;

B-5实验过程中,水箱系统(01)中压强非常大,存在着一定的危险性,为保证实验安全,水箱压力保护系统(04)起到非常重要的作用;当水箱系统(01)中压强超过一定安全值时,第二控制器(401)发出命令,在第三气体压缩机(406)的气源作用下,气动阀(403)打开,为水箱系统(01)泄压,从而达到保护的作用;同时,防爆阀(404)在水箱系统(01)达到极限压强时,自动打开,为水箱系统(01)泄压;

C、气泡发生过程:

在上述步骤均完毕后,水箱系统(01)已处于模拟深海状态,由第二气体压缩机(306)压入气体,并在节流阀(304)、稳压阀(303)、流量计(302)、压力表(301)以及曝气装置(305)的共同作用下,产生物理、化学可设置的气泡;其中通过第二气体压缩机(306)压入气体的化学成分不同,可以控制所产生气泡的化学成分;通过调整曝气装置中曝气板小孔孔径的尺寸,可以控制气泡的尺寸大小;通过调整曝气装置中曝气板小孔的数量以及气体的流量,可以控制气泡产生的数量和速度;

D、声学探测过程:

待产生的气泡处于实验要求状态后,由信号发生器(503)发出实验预设频率的信号,通过功率放大器(502)调整后,将信号输入超声波探头(501),发出超声波;超声波遇到气泡等目标物后,声波将被反射,以一定的路径返回,由超声波探头(501)接收,最后由数据采集系统(504)进行数据分析处理,得出声学探测深海矿藏的机理。