УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИИ ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В ОБРАЗЦАХМИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД Советский патент 1974 года по МПК B06B1/06 G01P5/24 

1

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для измерения упругих характеристик минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах.

Известны устройства для измерения скорости и поглощения ультразвука методом наложения ультразвуковых эхо-импульсов. Однако применение такого устройства при измерениях скорости и поглощения ультразвука в образцах минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах затруднительно, так как большое поглощение ультразвуковых колебаний в этих условиях не всегда позволяет получить четкий второй и последующие эхо-импульсы, отраженные в исследуемом образце.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что снабжено последовательно включенными дополнительными приемным преобразователем и приемным усилителем, выход которого через аттенюатор соединен с другим входом двухлучевого осциллографа, при этом основной и дополнительный преобразователи установлены на двух геометрически и акустически идентичных звукопроводах, между другими торцами которых размещеп исследуемый образец.

Это позволяет обеспечить измерение для образцов с большим поглощением при изменяющихся высоких давлениях и температурах.

Иа фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; па фиг. 3 - осциллограмма точного наложения ультразвукового импульса прямого прохождения и эхо-импульса однократного прохождения в исследуемом образце.

Выходы задающего генератора синусоидальпых колебаний 1 соедппепы с электроиносчетным частотомером 2 и с входом делителя частоты 3. Последний предназпачен для деления частоты задающего генератора 1 с

коэффициентом деления, определяемым поглощением ультразвуковых волп в исследуемой среде. Выход генератора соединен также с пороговым формирователем 4. формирующим из напряжения задающего генератора

короткие импульсы (длительностью порядка сек), синхронизирующие генератор 5 линейно изменяющегося напряжения. Выход последнего соединен с входом горизонтального отклонения X двухлучевого осциллографа 6.

Выход делителя 3 соединен с входом зондирующего генератора 7, входом синхронизации осциллографа 6 п входом блока импульсов подсветки 8, предназначенного для формирования двух подсвечивающих развертку осциллографа положительных прямоугольпых

импульсов (подающихся на модуляторы электропполучевой трубки осциллографа). Генератор 7 предназпачен для возбуждепия приемно-излучающего пьезопреобразователя 9. Пьезопреобразователь 9 и приемпый пьезопреобразователь 10 смоитировапы по обеим сторонам двух геометрически и акустически идентичных звукопроводов 11 и 12, между которыми размещен исследуемый образец 13, находящийся в камере высокого давления и температуры (на фиг. 1 камера не показана). Звукопроводы 11 и 12 предназначены также для уменьщения воздействия высоких температур на пьезопреобразователи 9 и 10. Пьезопреобразователь 9 подключен к входу иеперегружающегося приемного усилителя 14, служащего для усиления ультразвуковых импульсов, испытывающих отражения в образце 13. Выход усилителя 14 подключен к одному из входов вертикального отклонения (например, к первому) осциллографа 6. Пьезопреобразователь 10 подключен к входу дополнительного приемного усилителя 15, выход которого через аттенюатор 16 соединен со вторым входом вертикального отклонения осциллографа 6. Аттенюатор 16 служит для измерения поглощения ультразвука в исследуемой среде.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает непрерывные синусоидальные колебания регулируемой частоты (см. фиг. 2 а). С выхода генератора 1 синусоидальные колебания поступают на делитель частоты 3, коэффициент деления которого выбирается с учетом поглощения ультразвуковых волн в образце 13. Выходные импульсы делителя 3 (см. фиг. 2 б) запускают зондирующий генератор 7 и синхронизируют работу осциллографа 6 при предварительной настройке работы устройства. Электрические импульсы генератора 7 возбуждают приемно-излучающий Пьезопреобразователь 9, который преобразует их в упругие импульсы, распространяющиеся по звукопроводу 11, образцу 13 и звукопроводу 12 и претерпевающие многократные отражения от границ раздела звукопроводы - образец. Ультразвуковые импульсы должны, в принципе, также многократно отражаться в образце 13. Однако, как правило, вследствие больщого затухания ультразвуковых волн при высоких температурах и давлениях в исследуемых средах практически с достаточной точностью мол-сно регистрировать приемноизлучающим пьезопреобразователем 9 лищь первое отражение ультразвукового импульса в образце 13 (см. фиг. 2 в, импульс В), проходящее расстояние, равное двум длинам звукоцровода и двум длинам образца 13. Т. е. данный ультразвуковой импульс распространяется в звукопроводе 11, образце 13, отражается от границы раздела образец 13 - звукопровод 12 и возвращается к пьезопреобразователю 9. Кроме того, последний регистрирует упругий импульс, отраженный от границы раздела звукопровод 11-образец 13, проходящий расстояние, равное двум длинам звукопровода 11 (см. фиг. 2 в, импульс А), а Пьезопреобразователь 10 регистрирует прямую ультразвуковую волну, проходящую через звукопровод 11, образец 13 и звукопровод 12 (см. фиг. 2 в, импульс Б). Таким образом, после усиления соответствующих ультразвуковых импульсов приемными усилителями 14

и 15 на экране осциллографа (при совмещенных лучах) наблюдается серия импульсов, первый из которых (импульс А) соответствует первому отражению от границы звукопровод 11-образец 13, второй - упругому импульсу прямого прохождения через звукопровод И, образец 13 и звукопровод 12 (импульс Б); третий - отражению от границы раздела образец 13 - звукопровод 12 (импульс В). Данная серия импульсов наблюдается в процессе предварительной настройки устройства при синхронизации осциллографа импульсами делителя частоты 3.

Для измерения скорости и поглощения

ультразвука в исследуемом образце используют наложение импульсов Б и В на экране осциллографа. Это осуществляется следующим образом. Выходное напряжение задающего генератора 1 подается на пороговый

формирователь 4, который формирует короткие импульсы длительностью порядка 10 -сек при достижении синусоидальным напряжением порога срабатывания формирователя (см. фиг. 2 г). Полученные импульсы управляют

работо генератора 5 линейно изменяющегося напряжения, формирующего пилообразное напряжение (см. фиг. 2д), которое подается на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа 6. В этом случае каждый эхо-импульс и импульс прямого прохождения наблюдается на прямом ходу развертки осциллографа, а при достаточной яркости луча наблюдается наложение всех этих импульсов. Для подсветки только двух импульсов Б и В

с выхода блока импульсов подсветки 8 снимаются два прямоугольных импульса регулируемой длительности и амплитуды (см. фиг. 2е), подающиеся на модуляторы электроннолучевой трубки осциллографа 6. Задержка этих импульсов относительно импульсов запуска делителя 3 и их взаимная задержка относительно один другого могут плавно изменяться. Регулировка этих задержек позволяет подсветить импульсы Б и В, изменяя

частоту задающего генератора, можно точно совместить эти импульсы (см. фиг. 3). Тогда обратная величина самой низкой частоты, при которой осуществляется точное наложение импульсов Б и В, будет равна интервалу времени между этими импульсами. Частота задающего генератора с высокой точностью измеряется электронно-счетным частотомером 2. Измерение поглощения ультразвуковых колебаний в исследуемом образце осуществляется

аттенюатором 16. При точном наложении импульсов Б и в их амплитуды сравпиваются на экране осциллографа 6 аттенюатора 16.

Предмет изобретения

стройство для измерения скорости и поглощения ультразвука в образцах минералов и горных пород, содержащее задающий генератор синусоидальных колебаний регулируемой частоты, зондирующий генератор, приемно-излучающий пьезонреобразователь, приемный усилитель, выход которого нодключен к одному из входов двухлучевого осциллографа, пороговый формирователь, генератор линейно изменяющегося напряжения и формирователь подсвечивающих импульсов, отличающееся тем, что, с целью обеспечения измерений для образцов с больщим поглощением ультразвука при изменяющихся высоких давлениях и температурах, оно снабжено носледовательно включенными донолнительными приемным нреобразователем и приемным усилителем, выход которого через аттенюатор

соединен с другим входом двухлучевого осциллографа, нри этом основной и дополнительный нреобразователи установлены на двух геометрически и акустически идентичных звукопроводах, между другими торцами которых размещен исследуемый образец.

A/WVb

и

f. 5