Преобразователь для излучения релеевских волн Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

9иг,1

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 по- вьппения соотношения сигнал/шум.

На фиг. 1 представлен преобразоч

ватель 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 установленную 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- .падает с границей основого лепестка диаграммы направленности излучателя 1. Материалы волновода 2 и призмы 3 выбраны удовлетворяющими условиями .

R

рг -е.

СЕ,

i.

. 0 sin -;

oi,, Ь 2(,

де

0 -с.

«4

р1 рз

oi-,, 6.

1

Pv -s, угловая ширина основного лепестка диаграммы направленности излучателя 1 ;

скорость .распространения продольных колебаний в . материале призмы 3; скорость распространения продольных и рэлеевских волн в материале волновода 2 соответственно; плотность материала волновода 2 и призмы 3 соответственно;коэффициент затухания продольных колебаний в материале волновода 2 и призмы 3 соответственно. Преобразователь для излучения элеевских волн также может содержать

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дополнительный волновод 4 рзлеевских волн (фиг. 2). Дополнительный волновод 4 установлен на призме 3 симметрично основному волноводу 2 относительно акустической оси излучателя 1.

Преобразователь для излучения рзлеевских 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 (eg 5850 м/с, Сц 2880 м/с) и перемещают по этой грани до тех пор, пока на выходе волновода 2 не будет получен четкий импульс рэле- евской 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 волновод 2 и призма 3 ( 28 ). Разбужденная в волноводе 2 рэлеевская волна передается в контролируемый образец 5, соединенный с волноводом 2 встык на ОДНОЙ 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 t 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 - t. Скорость С( распространения рэлеев - ских волн в материале образца рас- считьгеают по формуле с y(t,- t,),

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

Преобразователь для излучения рэлеевских волн с двумя волноводами работает следующим образом (фиг. А),

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

Импульсы рэлеевских волн в волноводах 2 и 4 возбуждаются аналогично, Приемник 6 устанавливают таким образом, чтобы добиться максимальной интерференции сигналов, распространяющихся от волноводов 2 и 4, что при однородности свойств материала образ- ца 5 достигается при совпадении акустических осей приемника 6 и излучателя 1 ,

За счет выбора материалов волново да и призмы соотношения сигнал/шум (за щум 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/щум лежит в пределах 20-30 дБ, Тем самым обеспечивается большая интенсивность нарастания импульса рэлеевской волны, что обеспечивает погрешность измерения времени ее распространения менее 1%, Погрешность определения коэффициента Пуансона и модуля упругости не превышает, соответственно, 3 и 5%.

Формула изобретения

1, Преобразователь для излучения рэлеевских волн, содержащий излучатель продольных колебаний, волновод рэлеевских волн и установленную между ними призму, отличающий 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

е

-Ч ъ

sin -;

0

0

где

РГ 9

Р7

Р

%;

0(,5

2 od

i t

%

5

0 с

Ра

Си Кп

угловая ширина основного лепестка диаграммы направленности излучателя; скорость распространения продольных колебаний в материале призмы; скорость распространения продольных и рэлеевских волн в материале волновода соответственно; плотность материала волновода и призмы соответственно;

коэффициент затухания продольных колебаний в материале волновода и призмы соответственно, 2, Преобразователь по п, 1, о т - личающийся тем, что он снабжен дополнительным волиоводом рэлеевских волн, установленным на 5. призме симметрично основному относительно акустической оси излучателя.

рг p.

oi, otj

Фи2.г

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

9аг.З

Pfi2.4