Устройство для определения скоростей ультразвуковых волн в горных породах Советский патент 1977 года по МПК G01S3/80 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ханические преобразователи акустических головок выполнены в виде двух концентрически размещенных пьезоэлектрических элементов с различными собственными частотами, На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства для определения скоростей распространения ультразвуковых волн в горных породах; на фиг. 2 схематически изображена акустическая головка. Устройство состоит из генератора прямо угольных импульсов 1, излучающей и прием ной акустических головок 2, щирокополосно го усилителя 3, двухлучевого осциллографа 4. Акустические головки с образцом породы помещаются в .самеру высокого давления 5. Излучающая и приемная акустические го ловки по конструкции идентичны. Каждая ак стическая головка состоит из чувствительных элементов б и 7 соответственно с низкой {до 70 кГц) и высокой (до 1 мГц), собственной частотой, металлического корпу са 8, тонкостенной металлической мембраны 9, металлической крыщки 10, демпфера 11 из текстолита,- прокладки 12, выводов 13 и высокочастотного разъема 14. Чувствительные элементы изготавливают ся из пьезокерамики - цирконата-титаната свинца. При этом пьезоэлемент 6 с низкой собственной частотой выполнен в виде круг лого стержня, а высокочастотный 7 - в виде шайбы Размеры пьезоэлементсь опре деляются по соотношению Ol/jt, где б радиус образца;Я- длина волн, распространяющихся в породе. При этом для регистрации скорости продольной волны в стержне а/Х 0,3, а для регистрации скорости в массиве СИ/Л,/I Высокочастотный щайбообразный пьезоэлемент 7 размещается на доныщке корпуса, которое является одновременно мембраной и вторым электродом. Низкочастотный стержневой пьезоэлемент 6 вставляется внутрь шайбы 7 и контактирует с мембраной 9, Оба пьезоэлемента с помощью крышки 10 и фасонного демпфера 11 прижимаются к мембране. Выводы от электродов подведены к высокочастотному разъему 14. Работают с устройством в следующей последовательности. Прямоугольный импульс от генератора 1 с помощью коаксильного кабеля подается на пьезоизлучатель, возбуждая пьезоэлемент 6, Генерируемые ультразвуковые колебания, которые распространяются со скоростью в стержне, преобразуются идентичным пьезоэлементом приемной акустической головки в электрические сигналы, усиливаются в усилителе, подаются на вход двухлучевого осциллографа и регистрируются. Затем, изменив порядок подключения выводов акустических головок на выходе генератора и входе осциллографа, возбуждают второй пьезоэлемент 7 и регистрируют волну, распространяющуюся в образце породы со скоростью в массиве. Используя формулы теории упругости , с большой точностью вычисляют скорости распространения продольных и поперечных волн. Использование описанной системы возбуждения и приема ультразвуковых волн дает возможность без изменения условий эксперимента ( высокие давление и температура и акустический контакт между образ-, цом породы и акустическими головками) определять обе скорости. Одновременно повышается производительность труда за счет отказа от подготовительных операций. Формула изобретения Устройство для определения скоростей ультразвуковых волн в горных породах, содержащее генератор прямоугольных имульсов, широкополосный усилитель, двухлучевой осциллограф и пьезоэлектрические акустические головки с электромеханическими преобразователями, отличающее - с я тем, что, с целью повышения точности и надежности определения скорости распространения продольных и поперечньтх волн в горных породах при идентичных термодинамических условиях, электромеханические преобразователи акустических головок выполнены в виде двух концентрически размещенных пьезоэлектрических элементов с различными собственными частотами.

г 5

Фиг. 1