介电常数测量装置及其系统的制作方法

本发明涉及介电常数测量器械技术领域，尤其涉及一种介电常数测量装置及其系统。

背景技术：

天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。

随着冻土区天然气水合物勘探技术的提高以及对水合物沉积物地球物理特性的研究不断深入，水合物沉积物的介电常数被认为是研究天然气水合物的重要参数之一。传统测量介电常数装置是以玻璃、塑料、钢板等为制作材料，通过胶黏、剪裁、焊接等方式制作成长方体，例如长宽高分别为100cm左右的长方体。传统测量介电常数装置采用的材料均具有不同的介电常数，承载水合物沉积物后，对测量仪器具有较大的信号干扰。

因此，本申请针对上述问题提供一种新的介电常数测量装置及其系统，以降低对测量仪器的干扰。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供介电常数测量装置，以解决现有技术中存在的测量仪器具有较大信号干扰的技术问题。

本发明的目的还在于提供介电常数测量系统，以解决现有技术中存在的测量仪器具有较大信号干扰的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供的介电常数测量装置，包括测量区、水合物制备区和支撑区；

所述测量区、所述水合物制备区和所述支撑区沿该介电常数测量装置的高度方向从上至下依次连接；

所述测量区用于承载测量仪器，且所述测量区的高度能够调节；

所述水合物制备区用于固定待检测物；

所述支撑区的高度能够调节；

所述测量区和所述支撑区采用的材质的介电常数为1.0-1.1。

本发明的可选技术方案为，所述测量区和所述支撑区采用的材质的介电常数为1。

本发明的可选技术方案为，所述测量区包括测量顶盖和测量调节区；所述测量调节区设置于所述测量顶盖和所述水合物制备区之间；

所述测量调节区的高度能够调节。

本发明的可选技术方案为，所述测量调节区的数量为多个；多个所述测量调节区能够沿所述介电常数测量装置的高度方向从上至下依次连接；

所述支撑区包括多个支撑调节区；多个所述支撑调节区能够沿所述介电常数测量装置的高度方向从上至下依次连接。

本发明的可选技术方案为，所述测量顶盖设置有顶盖安装结构，所述测量调节区的第一端设置有与所述测量顶盖的顶盖安装结构相配合的第一安装结构。

本发明的可选技术方案为，与所述测量调节区的第一端相对应的第二端设置有第二安装结构；

所述测量调节区的第二安装结构，与相邻的所述测量调节区的第一安装结构相配合。

本发明的可选技术方案为，所述第一安装结构为安装凹槽或安装凸起，所述第二安装结构为与所述第一安装结构相应的安装凸起或安装凹槽；

和/或，所述顶盖安装结构为安装凹槽或安装凸起，所述第一安装结构为与所述顶盖安装结构相应的安装凸起或安装凹槽。

本发明的可选技术方案为，所述支撑调节区的第一端设置有所述第一安装结构；与所述支撑调节区的第一端相对应的第二端设置有所述第二安装结构；

所述水合物制备区的第一端设置有所述第一安装结构；与所述水合物制备区的第一端相对应的第二端设置有所述第二安装结构。

本发明的可选技术方案为，所述测量区和所述支撑区采用可发性聚苯乙烯泡沫压模成型；

所述测量调节区和所述支撑调节区均呈环形，且所述测量调节区和所述支撑调节区的壁厚为5cm-10cm；

所述水合物制备区设置有用于固定待检测物的制备空腔；

所述测量调节区和所述支撑调节区采用相同的结构；

所述水合物制备区采用的材质的介电常数为1.0-1.1。

基于上述第二目的，本发明提供的介电常数测量系统，包括测量仪器、待检测物和所述的介电常数测量装置；

所述测量仪器放置在所述测量区的测量顶盖上；

所述待检测物固定设置在所述水合物制备区。

本发明的有益效果：

本发明提供的介电常数测量装置，包括测量区、水合物制备区和支撑区；通过测量区承载测量仪器、水合物制备区固定待检测物、支撑区支撑水合物制备区和测量区，以及测量区和支撑区采用的材质的介电常数为1.0-1.1，以使测量区和支撑区的介电常数近似为1，与空气介电常数近似一致，以减少测量装置对待检测物的介电常数信号干扰，以提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度；此外，采用材质的介电常数近似为1的测量区和支撑区，以使待检测物的顶界信号与底界信号分辨比较容易，进一步提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度。通过测量区的高度能够调节和支撑区的高度能够调节，以便重复试验验证待检测物的介电常数，进而进一步提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量准确度。

本发明提供的介电常数测量系统，通过介电常数测试仪等测量仪器放置在测量区的测量顶盖，以监测位于水合物制备区的水合物沉积物等待检测物的介电常数，能够减少测量装置对待检测物的介电常数信号干扰，以提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的介电常数测量装置的立体图；

图2为图1所示的介电常数测量装置的爆炸图；

图3为本发明实施例一提供的介电常数测量装置的主视图；

图4为本发明实施例一提供的另一介电常数测量装置的爆炸图；

图5为图4所示的介电常数测量装置的a-a向剖视图；

图6为采用现有测量介电常数装置测得的待检测物的雷达波；

图7为采用现有测量介电常数装置测得的待检测物的雷达波组；

图8为采用本实施例一的测量介电常数装置测得的待检测物的雷达波点测道数显示图；

图9为采用本实施例一的测量介电常数装置测得的待检测物的雷达波单道信号提取图。

图标：100-测量区；110-测量顶盖；111-顶盖安装结构；120-测量调节区；200-水合物制备区；210-制备空腔；300-支撑区；310-支撑调节区；400-第一安装结构；410-第二安装结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图5所示，本实施例提供了一种介电常数测量装置；图1为本实施例提供的介电常数测量装置的立体图；图2为图1所示的介电常数测量装置的爆炸图；图3为本实施例提供的介电常数测量装置的主视图；图4为本实施例提供的另一介电常数测量装置的爆炸图；图5为图4所示的介电常数测量装置的a-a向剖视图。其中，图1-图3所示的测量调节区和支撑调节区的数量均为2个，图4和图5所示的测量调节区和支撑调节区的数量均为1个。

参见图1-图5所示，本实施例提供的介电常数测量装置，适用于水合物沉积物的介电常数的测量，可用于实验室内水合物沉积物的介电常数的测量，也可用于野外水合物沉积物的介电常数的测量；例如该介电常数测量装置适用于陆域冻土区水合物沉积物的介电常数的测量，或者适用于深海水合物沉积物的介电常数的测量，或者适用于模拟冻土区、深海等地方的水合物沉积物模拟样品的介电常数的测量。

该介电常数测量装置(以下简称测量装置)包括测量区100、水合物制备区200和支撑区300。

测量区100、水合物制备区200和支撑区300沿该介电常数测量装置的高度方向从上至下依次连接。

测量区100用于承载测量仪器，且测量区100的高度能够调节；其中，测量仪器例如可以为介电常数测试仪，以通过非接触式的方式测试待检测物的介电常数。通过测量区100的高度能够调节，以便重复试验验证待检测物的介电常数，尤其验证改变待检测物与测量仪器之间的距离时，待检测物的介电常数是否发生变化，进而进一步提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量准确度。

水合物制备区200用于固定待检测物；其中，待检测物例如可以为在冻土区采取的水合物沉积物样品、在深海采取的水合物沉积物样品等样品，也可以为模拟冻土区、深海等地方的水合物沉积物的模拟样品。

支撑区300的高度能够调节；以便重复试验验证待检测物的介电常数，尤其验证改变待检测物与地面之间的距离时，待检测物的介电常数是否发生变化，进而进一步提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量准确度。

测量区100和支撑区300采用的材质的介电常数为1.0-1.1。可选地，水合物制备区200采用的材质的介电常数为1.0-1.1。

可选地，测量区100和支撑区300采用的材质的介电常数为1或者近似为1。通过采用介电常数为1或者近似为1的测量区100和支撑区300，以使测量区100和支撑区300的介电常数基本与常压下的空气介电常数基本相等，提高了测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度。

可选地，水合物制备区200采用的材质的介电常数为1或者近似为1。通过采用介电常数为1或者近似为1的水合物制备区200，以使水合物制备区200的介电常数基本与常压下的空气介电常数基本相等，进一步提高了测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度。

相对于传统测量介电常数装置，对待检测物反射信号识别不清晰、易受外界信号干扰的问题；本实施例中所述介电常数测量装置，包括测量区100、水合物制备区200和支撑区300；通过测量区100承载测量仪器、水合物制备区200固定待检测物、支撑区300支撑水合物制备区200和测量区100，以及测量区100和支撑区300采用的材质的介电常数为1.0-1.1，以使测量区100和支撑区300的介电常数近似为1，与空气介电常数近似一致，以减少测量装置对待检测物的介电常数信号干扰，以提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度；此外，采用材质的介电常数近似为1的测量区100和支撑区300，以使待检测物的顶界信号与底界信号分辨比较容易，进一步提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度。通过测量区100的高度能够调节和支撑区300的高度能够调节，以便重复试验验证待检测物的介电常数，进而进一步提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量准确度。

本实施例的可选方案中，测量区100包括测量顶盖110和测量调节区120；测量调节区120设置于测量顶盖110和水合物制备区200之间；

测量调节区120的高度能够调节。通过测量顶盖110，以便在测量顶盖110的顶部放置测量仪器，通过测量调节区120，以便能够调节测量区100的高度。

本实施例的可选方案中，测量调节区120的高度可以通过多种方式调节，例如，测量调节区120为伸缩式结构，或者通过改变测量调节区120的数量来改变测量调节区120的高度，或者其他形式。

参见图1-图3所示，可选地，测量调节区120的数量为多个，例如为2个、3个、5个、6个等等；多个测量调节区120能够沿介电常数测量装置的高度方向从上至下依次连接；该结构简单，且调节测量调节区120的高度方便，还减少了测量装置对待检测物的介电常数的信号干扰。可选地，测量调节区120的外周涂设有颜色层，通过具有不同颜色层的测量调节区120，以便于计量测量调节区120的数量。

本实施例的可选方案中，支撑区300的高度可以通过多种方式调节，例如，支撑区300为伸缩式结构，或者支撑区300包括多个支撑调节区，通过改变支撑调节区的数量来改变测量支撑区300的高度，或者其他形式。

可选地，支撑区300包括支撑底座(图中未示出)，支撑底座设置在支撑调节区的底部，用于支撑、固定支撑调节区。

参见图1-图3所示，可选地，支撑区300包括多个支撑调节区310，例如支撑调节区310的数量为2个、3个、5个、6个等等；多个支撑调节区310能够沿介电常数测量装置的高度方向从上至下依次连接。该结构简单，且调节支撑调节区310的高度方便，还减少了测量装置对待检测物的介电常数的信号干扰。可选地，支撑调节区310的外周涂设有颜色层，通过具有不同颜色层的支撑调节区310，以便于计量支撑调节区310的数量。

本实施例的可选方案中，测量顶盖110设置有顶盖安装结构111，测量调节区120的第一端设置有与测量顶盖110的顶盖安装结构111相配合的第一安装结构400；也即测量顶盖110靠近测量调节区120的一端设置有顶盖安装结构111，测量调节区120靠近测量顶盖110的一端设置有第一安装结构400。顶盖安装结构111和第一安装结构400例如可以为卯榫配合结构。

可选地，顶盖安装结构111为安装凹槽或安装凸起，第一安装结构400为与顶盖安装结构111相应的安装凸起或安装凹槽。该安装配合结构简单，以降低介电常数测量装置的加工成本。

可选地，安装凹槽或安装凸起可以为矩形、环形或者其他形状。

本实施例的可选方案中，与测量调节区120的第一端相对应的第二端设置有第二安装结构410；也即测量调节区120远离顶盖的一端设置有第二安装结构410。

测量调节区120的第二安装结构410，与相邻的测量调节区120的第一安装结构400相配合。第一安装结构400和第二安装结构410例如可以为卯榫配合结构。

可选地，第一安装结构400为安装凹槽或安装凸起，第二安装结构410为与第一安装结构400相应的安装凸起或安装凹槽。该安装配合结构简单，以降低介电常数测量装置的加工成本。

本实施例中，顶盖安装结构111与第二安装结构410的结构相同或者不同；可选地，顶盖安装结构111与第二安装结构410的结构相同，以便于加工制作介电常数测量装置。

本实施例中，测量顶盖110与测量调节区120之间设置的安装定位结构、测量调节区120与水合物制备区200之间设置的安装定位结构、水合物制备区200与支撑区300之间设置的安装定位结构的结构相同或者不同；可选地，测量顶盖110与测量调节区120之间设置的安装定位结构、测量调节区120与水合物制备区200之间设置的安装定位结构、水合物制备区200与支撑区300之间设置的安装定位结构的结构相同，以便于加工制作介电常数测量装置。

可选地，支撑调节区310的第一端设置有第一安装结构400；与支撑调节区310的第一端相对应的第二端设置有第二安装结构410；也即支撑调节区310靠近测量区100的一端为第一端，远离测量区100的一端为第二端。

可选地，水合物制备区200的第一端设置有第一安装结构400；与水合物制备区200的第一端相对应的第二端设置有第二安装结构410；也即水合物制备区200靠近测量区100的一端为第一端，远离测量区100的一端为第二端。

本实施例的可选方案中，测量区100和支撑区300采用泡沫材质；或者采用其他介电常数近似为1的材料。相对于现有采用钢材的装置，通过测量区100采用泡沫材质，以降低对测量仪器的磨损。

可选地，测量区100和支撑区300采用可发性聚苯乙烯泡沫压模成型；采用现有的压膜成型技术，其生产成本相对较低，还可以令测量区100和支撑区300的硬度较高。例如，测量区100和支撑区300采用泡沫密度为20克/立方厘米，该泡沫密度属于高硬度型。

可选地，水合物制备区200采用的材质与测量区100采用的材质相同；以便在制备待检测物样品时，水合物制备区200不会在冷冻过程中出现破损，避免待检测物样品内甲烷等气体泄漏。

可选地，测量调节区120和支撑调节区310均呈环形；测量调节区120和支撑调节区310的壁厚为5cm-10cm；可选地，测量调节区120和支撑调节区310的壁厚为6cm。

可选地，水合物制备区200设置有用于固定待检测物的制备空腔210；通过制备空腔210以便固定待检测物。可选地，水合物制备区200的结构呈环形，待检测物固定在环形围成的空腔内；待检测物为密闭的检测样品时，采用环形的水合物制备区200可以简化介电常数测量装置的结构。

可选地，测量调节区120和支撑调节区310采用相同的结构，以简化介电常数测量装置的结构，降低介电常数测量装置的成本。

现有技术中，测量水合物沉积物的介电常数首先要获得电磁波速度即明确其顶、底界反射信号。现有测量介电常数装置在测量过程中存在多种问题；如制作水合物沉积物的待检测物的器皿材料普通，低温冷冻过程中会出现待检测物中的甲烷气泄漏，造成待检测物样品参数不达标；现有测量介电常数装置只能测量待检测物的顶界信号，但对于待检测物的底界信号分辨比较困难。现有测量介电常数装置的底部介质包括容器底、地面、周边物体等，都会以干涉波的形式影响待检测物底部信号波形，导致测得的波形与其他介质波形叠加在一起难以区分；还有，测量仪器精细灵敏，在钢板等材料上摩擦过程中易损坏。综上所述，利用现有测量介电常数装置开展测量会遇到以下问题：容器承载度不够，冷冻过程中出现破损；密封性差，造成甲烷气体泄漏；反射强影响电磁波信号识别；磨损测量仪器。

本实施例所述的介电常数测量装置，通过采用材质的介电常数近似为1的测量区100和支撑区300，其在开展测量过程中能清晰识别水合物沉积物(也即待检测物)顶、底界电磁信号，计算出电磁波传播速度，最终获得水合物沉积物的介电常数。本实施例所述的介电常数测量装置对冻土区水合物的非震勘探和实验室研究其地球物理特征具有指导意义。

为了更加清楚的了解本实施例，以下举例说明：

例如，现有测量介电常数装置在测量时，容器底界与地面金属板(代表一种强反射介质)距离较近，雷达波混淆在一起难以单独识别，参见图6所示。参见图7所示，现有测量介电常数装置在测量时，其制备水合物沉积物发生破损并泄漏气体，图中左侧波形代表未泄漏的水合物沉积物电磁波信号，图中中间波形代表已泄漏的水合物沉积物电磁波信号，图中右侧波形代表左侧波形与中间波形的叠加对比图，从该叠加对比图可以清晰看出两者的顶、底界反射信号振幅大小差异。

例如，采用本实施例所述的介电常数测量装置对水合物沉积物开展测量，获得了良好的雷达数据。参见图8和图9所示，可看出雷达波分别在水合物沉积物顶界以上、底界与地面之间传播了一段时间，水合物沉积物近似悬浮在空气中，从而避免了周围环境对其的干扰。雷达波在经过水合物沉积物时，由于介电常数差异，发生了明显的折射和反射。根据水合物沉积物的波形规律，雷达波对甲烷水合物沉积物的顶底界反射信号明显，在水合物沉积物模型顶界与底界区间内波形曲线具有规律性。顶界面雷达波是相当于从空气进入甲烷水合物界面，属于光疏介质进入光密介质，反射信号为以零值开始经历小的正峰值再反向一个大的负峰值，雷达波进入顶界面计算时间以负峰最大值位置计算。例如，经过10.68cm厚度的沉积物后，雷达波到达底界面，相当于从模型底表进入空气，属于光密介质进入光疏介质，信号特征与顶界相反：从零值开始经历一个小的负峰值再反向一个大的正峰值。水合物沉积物模型底界计算时间以正峰最大值位置计算。推断顶界信号在5.7ns处发生，底界信号在7.0ns处发生。水合物沉积物模型厚度已知，雷达波穿过模型的时间t＝0.65ns(双程走时)，即可求出在模型中雷达波的速度。再根据介电常数计算公式得到水合物沉积物的介电常数。

实施例二

实施例二提供了一种介电常数测量系统，该实施例包括实施例一所述的介电常数测量装置，实施例一所公开的介电常数测量装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的介电常数测量装置的技术特征不再重复描述。

本实施例提供的介电常数测量系统，包括测量仪器、待检测物和介电常数测量装置；

测量仪器放置在测量区的测量顶盖上；

待检测物固定设置在水合物制备区。该介电常数测量系统，通过介电常数测试仪等测量仪器放置在测量区的测量顶盖，以监测位于水合物制备区的水合物沉积物等待检测物的介电常数，能够减少测量装置对待检测物的介电常数信号干扰，以提高测量仪器对待检测物的介电常数的测量精度。

本实施例中所述介电常数测量系统具有实施例一所述介电常数测量装置的优点，实施例一所公开的所述介电常数测量装置的优点在此不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。