Определение коэффициента поглощения упругих ультразвуковых колебаний способом многократных отражений

Теория [10, 7]. Способ определения коэффициента поглоще­пия по данным многократных отражений основан на регист­рации и сравнении амплитуд А₁ и А двух ультразвуковых импульсов: одного, прошедшего через образец длиной L, и второго, многократно отраженного от его рабочих граней и npотедшего акустический путь 2L(п-l), где п-число от­ражений.

Импульс с начальными амплитудами А_о у датчика и А₁ У приемника, а также ряд отраженных импульсов с уменьшающими амплитудами от А₂ до А создаются в породе и регистрируются при помощи пьезодатчиков и специальной аппаратуры. Первоначальная амплитуда А_о, возбужденная в:породе, уменьшится при прохождении через ее длину L до значения

А₁ =Aoe-^L«'. > (142)

е

Упругая волна, отразившись от одной, а затем и от. другой рабочей грани образца, снова вернется к приемнику.и последний зарегистрирует амплитуду А 2 = А 1 е - 2L«' = =A_oe-^L<I'е-^2L«'. Импульс многократного п-го отражения будет

.иметь амплитуду

Прологарифмировав уравнения (142) и (143), получим lпА₁ =lпА_о-(Х'L и lпАn=lпАо-(Х'L-2~(п-l)(Х'..

Если из первого выражения для ln А 1 вычесть второе для.;Jn А_n и решить полученное уравнение относительно (Х', то

, 1 1 А₁

(Х =. п-

2L(п-l) А;

5.

6.

7.

а
			I		45'	4~
			I
			I	I
			I			I
				I		I
			I	I		I
			I	I		)
			I	I		1.
			I	I		I		I
			I	I		I
			п61	nSI		'п~		In,
О			't			10J.., см
4"	0,8	Х,М	10				"	гп

Рис. 47. Зависимость' логариФма амп­литуды от длины пути ультразвуково­го импульса для габбро (1), мрамора (2), габбродиорита (3), кварцитовид­ного песчаника (4), сиоНита (5) и лаб­радорита (6)." Длина образцов 5 см

Рис. 48. Зависимость коэффициента rt. поглощения ультразвуковой волны от длины образца L и числа отражений п

Точнее tt можно определить по графику зависимости логарифма амплитуд lnA от длины х акустического пути ультразвуковых импульсов (рис. 47).

В ранее приведенных формулах для расчета коэффициента tt поглощения энергии в контактных слоях между пре­образователем и образцом иее расхождение по фронту не учитывается. В тех случаях, когда TaKoBble есть, выражение, по которому можно оценить коэффициент поглощения, имеет следующий вид:

1 1 А₁ ()'

tt-----(--) п- -. ttK+tt_p :::::;tt -tt_к,

2L п-1 А •.

где tlк и tlp - поправки за потери энергии в контактных слоях и. вследствие ее расхождения по фрЩIТу волны. Поправка tt_p ничтожна и ею можно пренебречь, значения tt~ необходимо оценивать, так как они более существенны. Коэффициенты поглощения сильно-, средне- И слабопоглощающих пород определяются на пяти-шести образцах возрастающей длины (рис. 48).

Увеличивая длину образца, по зависимости tt=f(п) можно оценить значение tt* при одном отражении. Оно. будет наиболее близким к действительному значению коэффициента поглощения. ПО наклону графиков зависимости tt=f(п) для сильно-, средне- и слабопоглощающих пород вычисляется поправка tt: на одно отражение, равная J1tt/J1п (где!J.д­приращение коэффициента поглощения при изменении числа отражений на !J.п).

r

в дальнейшем, оценив по числу отражений поглощающую СIIоеобноеть пород, с учетом номера п отраженного f импульса и увеличения а,: на одно отражение можно найти поправку а,к=.nq>=nl!.а,/!'JЛ и, внеся ее в формулу

(145), уточ:нить а,.

Аппаратура, оборудование, материалы. 1. Аппаратура для определения коэффициента поглощения. Основными узлами используемой аппаратуры являются (рис. 49): задающий гене­ратор 1 видеоимпульсов; специальный генератор 2 радиоимпульсов; широкополосный усилитель З; ступенчатый аттеню­атор 4; импульсный осциллограф 5; прямоугольные пластины размерами 16 х 14 мм для возбуждения поперечных колебаний; круглые пьезокварцевые пластины 6 диаметром 20 и 30 мм для возбуждения и приема продольных колебаний с частотой собственных колебаний 500 и 1000 кГц и с возможностью nаблюдений третьей гармоники при 1 500 и 3 000 кГц. Ис­пользование гармоники позволяет устранить погрешности, связанные с непостоянством потерь в акустических контактах, а также сэкономить время, идущее на определение α,.

Специальный текстолитовый держатель образца имеет го­ризонтальную плату 7 и вертикальные стойки 8, в которые ввинчиваются винты 9, прижимающие латунные подушки 10 и преобразователи 6 к образцу 11.

2. Установка для покрытия торцов образца способом напыления алюминием или оловом.

3. Касторовое пли трансформаторное масло.

При работе с установкой образец 11 закрепляется в специалъном держателе (см. рис. 49). Согласующnе контуры, состоящие из катушек индуктивности 12 и 13 и статической емкости nьезокварцевыхт пластин, обеспечивают максимальную передачу энергии от генератора к пьезообразователю и от него к усилителю.

Для определения затухания волн В образце можно использо­вать ступенчатый аттенюатор 4 с ослаблением до 100 дБ. При этих определениях переключатель 14 переводится в позицию «П», таким образом эквивалент затухания заменяется аттенюатором. Далее амплитуда зондирующего импульса при помощи аттенюа­тора доводится до уровня принятого импульса. Уровеаь ослабления аттенюатора в этом случае дает значение ослабления ультразвуковой волны в образце. Затухание определяется также по отношению амплитуд двух последовательных отражений импуль­сов, измеренных по линейному масштабу на экране осциллографа.

Рассматриваемая установка позволяет также определять скорости распространения упругих волн

vp = 2L(n -1) / τ

где L -длина образца; n–номер имцульса; τ -время задерж­ки n- гo имnульса после прямого.

3.

4.

9. Измеряют штангенциркулем длину L образца.

10. Строят зависимость 1пА=f(х) (рис. 51).

11. Рассчитывают коэффициент поглощения CJ.' по формуяе

(144).

Величину CJ. можно рассчитать по наклону" зависимости 1пА =f(х) по формуле

lпА_н-lпА.

CXp=----, Хк-Х_н

где 1пА_и и хи-одна из первых ординат и абсцисс прямой осредняющей зависимости lп А = f(x), lп А_к и х_к - одна из последних ординат и абсцисс той же прямой.

12. Определяют поправку CJ._K за потери в слое акустического контакта. Для этого фотографируют. осциллограммы. на двух или реже пяти-шести образцах различно поглощающих пород все возрастающей длины (25, 30, 35, 50, 70 и 100 мм) и далее, рассчитав для каждого из образцов значения CJ.' по формуле (146), строят зависимость CJ.=f(п) (см. рис. 51) и по формуле CJ.:=ДCJ.jДп определяют поправку на одно отражение.

13. Рассчитывают поправку α

,

для всех образцов по формуле j

~

j

СХ_К = сх:п = п Асх/ Ап. (147) j

-14. Исправляют по формуле (147) коэффициенты t1. за

потери в акустических контактах.

Дата добавления: 2015-08-21