Преобразователь для излучения релеевских волн

Преобразователь для излучения релеевских волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение предназначено для акустических измерений. Целью изобретения является повышение точности при использовании преобразователя для измерения скорости распространения рэлеевских волн вследствие повышения соотношения сигнал/шум за счет выббра материалов волновода и призмы и установки их соответствующим образом. Излучатель 1 излучает импульс продольных колебаний в призму -3. На противоположной излучателю 1 грани установлен волновод 2 рэлеевских волн, на край которого подают продольные колебания границы основного лепестка диаграммы направленности излучателя 1 под вторым критическим углом. По волноводу 2 распространяется полезный сигнал - импульс рэлеевских волн, в то время как шумовые сигнала - продольные и поперечные колебания поглощаются в призме 3. Соотношение сигнал/шум на выходе преобразователя не менее 50 дБ. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л е

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ1НЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

И91 И»

А1 (ю 4 С 01 Н 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4089988/25-28 (22) 02.06.86 (46) 07.12.88. Бюл, 11 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Б.Н.Севастьянов, Ю.Г.Белявский и lg.Д.Орлов (53) 620 ° 179.16(088.8) (56) Колесников А.E. Ультразвуковые измерения. — М.: Издательство стандартов, 1970, с. 34-38.

Патент США У 2783642, кл. 73-67.8, 1957. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

РЗЛЕЕВСКИХ ВОЛН (57) Изобретение предназначено для акустических измерений. Целью изобретения является повышение точности при использовании преобразователя для измерения скорости распространения рэлеевских волн вследствие повышения соотношения сигнал/шум за счет выбора материалов волновода и призмы и установки их соответствующим образом. Излучатель 1 излучает импульс продольных колебаний в призму 3. На противоположной излучателю 1 грани установлен волновод 2 рэлеевских волн, на край которого подают продольные колебания границы основного лепестка диаграммы направленности излучателя 1 под вторым критическим углом. По волноводу 2 распространяется полезный сигнал — импульс рэлеевских волн, в то время как шумовые сигнала — продольные и поперечные колебания поглощаются в призме 3. Соотношение сигнал/шум на выходе преобразователя не менее

50 дБ. 1 з.п, ф-лы, 4 ил.

1442900

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при измерении скорости распространения рэлеевских волн, например для определения упругих характеристик образцов горных пород.

Цель изобретения — повышение точности при использовании преобразователя для измерения скорости распространения рэлеевских волн за счет повышения соотношения сигнал/шум.

На фиг. 1 представлен преобразователь для излучения рэлеевских волн с одним волноводом; на фиг. 2 — то же, с двумя волноводами; на фиг. 3 и 4 - схематическое представление измерения скорости распространений рэлеевских волн при использовании в качестве излучателя преобразователя с одним волноводом и с двумя волноводами соответственно.

Преобразователь содержит. излучатель 1 продольных колебаний, волновод 2 рэлеевских волн и установ — 25 ленную между ними призму 3 (фиг, 1).

Излучатель 1 и волновод 2 установлены на параллельных гранях призмы 3.

Край волновода 2 в плоскости контакта с гранью призмы 3 частично сов- 30 .падает с границей основого лепестка диаграммы направленности излучателя 1. Материалы волновода 2 и призмы 3 выбраны удовлетворяющими условиями

О с 1 сР s1I1

3 р, -e, — 6 p ° "-S, 2М где 0 — угловая ширина основного 40 лепестка диаграммы направленности излучателя 1; с — скорость.распространения

3 продольных колебаний в 4» материале призмы 3; с., с — скорость распространения продольных и рэлеевских волн в материале волновода 2 соответственно;

50 — плотность материала волновода 2 и призмы 3 соответственно; о 4q . — коэффициент затухания продольных колебаний в

55 материале волновода 2 и призмы 3 соот ветственно.

Преобразователь для излучения рэлеевских волн также может содержать дополнительный волновод 4 рэлеевских волн (фиг, 2). Дополнительный волновод 4 установлен на призме 3 симметрично основному волноводу 2 относительно акустической оси излучателя 1, Преобразователь для излучения рэлеевских волн с одним волноводом 2 работает следующим образом (фиг. 3).

На призме 3, выполненной, например, из второпласта (с = 1350 м/с), размерами 20 60 120 мм, устанавливают излучатель 1, например ультразвуковой преобразователь на частоту

100 кГц из комплекта прибора УК-10ПМ.

На противоположной параллельной грани призмы 3 устанавливают волновод

2, выполненный в виде стального цилиндра (cp = 5850 м/с, сR = 2880 м/с) и перемещают по этой гранй до тех пор, пока на выходе волновода 2 не будет получен четкий импульс рэлеевской волны, что наступает, когда край волновода 2 в плоскости контакта с гранью призмы 3 частично совпадает с границей основного лепестка диаграммы направленности излучателя 1 при условии равенства половине угловой ширины основного лепестка второму критическому углу для пары материалов, из которых выполнены вол9 о новод 2 и призма 3 (- = 28 ). Раз2 бужденная в волноводе 2 рэлеевская волна передается в контролируемый образец 5 соединенный с волноводом

2 встык на одном уровне с его поверхностью. При испытании образцов 5 из керна скважин целесообразно использовать цилиндрический волновод 2, причем волноводные свойства проявляются при отношении диаметра волновода 2 к длине рэлеевской волны не меньшем 1,5 ° На образце с противоположной излучающему преобразователю стороне располагают приемник 6, например, аналогичный излучателю 1.

Измеряют время t распространения упругих волн. Затем приемник 6 устанавливают непосредственно на волноводе 2 и измеряют время распространения упругих волн (продольной от излучателя 1 до волновода 2 и рэлеевской по волноводу 2). Вычисляют время пробега рэлеевской волны по образцу- 5 длиной 1 как разность t„Скорость с распространения рэлеевских волн в материале образца рассчитывают по формуле с< = (— t<).

14429

На этом же образце 5 методом прозвучивания через торцы измеряют скорость распространения продольной волны, По формулам теории упругости с использованием значений скорости распространения продольной и рэлеевской волн определяют упругие характеристики образца.

Преобразователь для излучения 10 рэлеевских волн с двумя волноводами работает следующим образом (фиг. 4).

Преобразователь устанавливают торцами волноводон 2 и 4 на поверхность образца 5, а приемник 6 устанавлива- 15 ют на образце 5 между волноводами

2и4.

Импульсы рэлеевских волн в волноводах 2 и 4 возбуждаются аналогично. 20

Приемник 6 устанавливают таким образом, чтобы добиться максимальной интерференции сигналов, распространяющихся от волнонодов 2 и 4, что при однородности свойств материала образ- 5 ца 5 достигается при совпадении акустических осей приемника 6 и излучателя 1.

За счет выбора материалов волново- 30 да и призмы соотношения сигнал/шум (за шум в данном случае принимаются продольные и поперечные колебания) в данном преобразователе достигают значения 40-50 дБ, в то время как при возбуждении рэлеевских волн методом клина соотношение сигнал/шум лежит в пределах 20-30 дБ. Тем самым обеспечивается большая интенсивность нарастания импульса рэлеевской вол- 40 ны, что обеспечивает погрешность измерения времени ее распространения менее IX. Погрешность определения коэффициента Пуансона и модуля упругости не превышает, соответственно, 4ч

3 и 57..

Формула изобретения

1. Преобразователь для излучения рэлеевских волн, содержащий излучатель продольных колебаний, волновод рэлеевских волн и установленную между ними призму, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности при использовании преобразователя для измерения скорости распространения рэлеевских волн, излучатель и волновод установлены на параллельных гранях призмы, край волновода в плоскости контакта с гранью призмы совпадает с границей основного лепестка диаграммы направленности излучателя, а материалы волновода и призмы выбраны удовлетворяющими условиям

0 с = ср . з п-;

2 (1 . ср 6 (>. ср, Q ) 2" 0 где 8 — угловая ширина основного лепестка диаграммы направленности излучателя; с — скорость распространения продольных колебаний в материале призмы; со, с — скорость распространения

2. продольных и рэлеевских волн в материале волновода соответственно; 1ь ° — плотность материала волновода и призмы соответСТВеННО 9

oL@, о — коэффициент затухания продольных колебаний в материале волновода и призмы соответственно, 2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что он снабжен дополнительным волноводом рэлеевских волн, установленным на призме симметрично основному относи" тельно акустической оси излучателя.

1442900

1442900

Составитель В, Гондаревский

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Васильева

Редактор E. Папп

Заказ 6378/41

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4