Способ определения коэффициента пауссона Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

00 00

00

|

00 4

Изобретение относится к акустическим методам измерения физических параметров твердых тел. Целью изобретения является повышение точности благодаря исключению погрешности определения скорости распространения различных типов волн за счет использования плоских продольных и поверхностных волн. На образце I устанавливают излучатель 2 плоской упругой волны и приемник 3, линейный размер которого по фронту волн не меньше размера излучателя 2. Возбз ждают плоские продольную и поверхностную волны и измеряют время их распространения. Изменяют расстояние между излучателем 2 и приемником 3 и вновь измеряют время распространения продольных и поверхностных колебаний. С помощью измеренных величин определяют коэффициент Пуассона материала образца 1. 2 ил. (Л

. 1

Изобретение относится к акустическим методам измерения физических параметров твердых тел и может быть использовано при определении коэффициента Пуассона, например, горных поРОД,

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешности определения скорости рас- пространения различных типов волн.

На фиг.1 представлена схема установки ультразвуковых (УЗ) преобразователей на образце при определении коэффициента Пуассона; на фиг.2 - графическая зависимость коэффициента jU Пуассона от значения коэффициента К.Способ определения коэффициента Пуассона заключается в следующем.

tp. tR2 R,

(0,874 + 1

.12f/) j

Способ определения коэффициента Пуассона заключается в следующем..

На плоской поверхности исследуемо го образца 1 горной породы устанавли вают излучающий преобразователь 2 плоской упругой волны, т.е. преобразователь, линейные размеры которого в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучаемой волны, превышают длину этой Волны, например преобразователь П113-0,1- С60-00 1 из комплекта прибора УД2-16 На расстоянии 1., от излучающего преоб разователя 2 параллельно ему устанав ливают приемный преобразователь 3, например, аналогичный излучающему. Преобразователь 2 возбуждает в образ це 1 плоские продольную и поверхност ную волны, которые, преодолев расстояние 1,, поступают на преобразователь 3. Преобразователь 3 трансфор мирует акустические колебания в электрический сигнал, поступающий в блок измерения интервалов времени, с помощью которого измеряют время -t р распространения продольных волн и время t р распространения продольных верхностных волн. Выбор одинаковых линейных размеров преобразователей 2 и 3 по фронту волн обеспечивает наибольшее соотношение сигнал/помеха что позволяет с большой точностью фиксировать время t р и tj . Затем переставляют преобразователь 3 так, что акустические колебания, распрост

Одновременно возбуждают в испытуемом образце плоские продольные и поверхностные волны. Принимают приемным преобразователем с линейным размером по фронту волн, не меньшим размера излучающего преобразователя, УЗ колебания, прошедшие в образце заданное расстояние, и измеряют время tp

и t распространения, продольных и поверхностных волн соответственно. Изменяют расстояние между излучающим и приемным преобразователями, принимают приемным преобразователем колебания, прошедшие в образце измененное расстояние, и измеряют время t р и t д распространения продольных и поверхностных волн соответственно. Определяют коэффициент // Пуассона из выражения

.2l . 2(1 -|uM(l

b )

25

30

35

40

45

50

55

I

раняющиеся между пр.еобразователями

2 и 3, проходят расстояние , и вновь измеряют время tp распространения продольных волн и время t распространения поверхностных волн. Вычисляют параметр

К ( tp,)/( t,),

в результате применения которого исключается абсолютная систематическая погрешность измерения временных интервалов , и определяют коэффициент |u Пуассона из выражения

(2,5088-2КЪ (2,6612-2K)fx + + (2к -0,43)/1( + (,7639) 0.

При определении коэффициента |U Пуассона отсутствует погрешность, связанная с измерениями баз и точной установкой преобразователей, поскольку измерять базы нет необходимости, а преобразователи устанавливаются в произвольных точках. На точность определения оказывает влияние в основном методическая погрешность измерения времен распространения продольной и поверхностной волн, которая при использовании современных УЗ приборов не превышает 0,5-1%.

Вычисление- / из уравнения третьей степени трудоемко и построенная в соответствии с этим уравнением зависимость fx f (К) , приведенная на фиг.2, позволяет упростить определение |U .

Для определения коэффициента JL Пуассона можно использовать упрощенную формулу.

2 56-0 25бК-К l7T2-0,

которая в диапазоне 0,15 ,40, выполняемом для большинства горных пород, дает погрешность относительно уравнения третьей степени 1,5%.

С точки зрения улучшения соотношения сигнал/помеха целесообразно, чтобы первое вступление поверхностной волны по времени отстояло от первой полуволны продольных колебаний. Например, если на рабочей частоте 200 кГц длительность первой полуволны (продольные колебания) составляет 2,5 МКС, то для материала со скоро- стью распространения продольных волн равной 4000 м/с, минимальное расстояние между преобразователями составляет 10 мм. Для получения точности измерений временных интервалов в пре делах 1 % при использовании современной серийной аппаратуры, например УЗ прибора УД2-16 с погрешностью измерения временных интервалов в пределах 6t 0,005t + 0,1 МКС, очевидно, что разность временных интервалов между первым и вторым измерениями должна превьппать 20 мкс. В этом слуе tp и t

RI

- - (0,874 + 1.12ju) Ri R,

время прохождения заданного начального расстояния продольными и поверхностными волнами соответственно;

чае минимальное расстояние между двумя положениями приемного преобразователя при скоростях распространения продольных волн 2000-5000 м/с должно быть соответственно 40-100 мм

Форм у л а и з,о бретения

Способ определения коэффициента Пуассона, заключающийся в том, что возбуждают излучающим преобразователем в испытуемом образце одновременно объемные и поверхностные акустические колебания, принимают приемным преобразователем прошедшие образец колебания, измеряют время прохождения колебаниями заданного расстояния и с учетом измеренного времени определяют коэффициент Пуассона, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, после измерения времени на заданном расстоянии изменяют расстояние между излучающим и приемным преобразователями, дополнительно измеряют время прохождения колебаниями этого расстояния, в качестве колебаний используют плоские продольные и поверхностные волны, прием осуществляют преобразователем с линейным размером по фронту волн, не меньшим размера излучающего преобразователя, а коэффициент ,и Пуассона определяют из выражения

1-2

2 С -7)

Р,«

-R4

время прохождения измененного расстояния продольными и поверхностными волнами соответственно.

Составитель В.Гондаревский Редактор Т.Парфенова. Техред М.ХоданйчKopjJBKTop Л.Патай

Заказ 1575/46

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по ;з,елам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

фиг. 2

Подписное