Преобразователь для излучения релеевских волн

А 1 9) 01) 1 Н 29/О А ля изм ия рэл ения с счет вы призмы щим обр импульс му 3. Н лю 1 гр рэлеевс но-иссле рнои геомехаго дела Ю.Г.Белявск(56) Коле измерения дартов, 1Патент кл. 73-67 уковые станодаю снов енно итическпрострпульскак шум ЗЛУЧЕНИЯ о для изоб попе ыходе чностителя СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ)НЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗОБ НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный нательский институтники и маркшейдерс(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИРЗЛЕЕВСКИХ ВОЛН(57) Изобретение предназначеакустических измерений, Цельретения является повышение тпри использовании преобразов ерения скорости распростране еевских волн вследствие повы оотношения сигнал/шум за ббра материалов волновода и и установки их соответствуюазом. Излучатель 1 излучаетпродольных колебаний в приз а противоположной излучатеани установлен волновод 2 ких волн, на край которого продольные колебания границы го лепестка диаграммы направ и излучателя 1 под вторым кр м углом, По волноводу 2 расняется полезный сигнал - имэлеевских волн, в то время овые сигнала - продольные и ные колебания поглощаются в 3. Соотношение сигнал/шум на преобразователя не менее 1 з,п, ф-лы, 4 ил,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 повышения соотношения сигнал/шум.На Фиг. 1 представлен преобразователь 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 установ - 25 ленную 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 условиями35Оз 1 па 31 сЕ. - "Г сЕ, ф - я где 0 - угловая ширина основного 40лепестка диаграммы направленности излучателя 1;с - скорость.распространенияпродольных колебаний в 4материале призмы 3; с. , с - скорость распространенияпродольных и рэлеевскихволн в материале волновода 2 соответственно;50- плотность материала волновода 2 и призмы 3 соответственно;о К 1 . - коэФФициент затуханияпродольных колебаний в55материале волновода 2 ипризмы 3 соответственно,Преобразователь для излучения рэлеевских волн также может содержать дополнительный волновод 4 рэлеевскихволн (Фиг, 2), Дополнительный волно - вод 4 установлен на призме 3 симметрично основному волноводу 2 относительно акустической оси излучателяПреобразователь для излучения рэлеевских 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 УКПМ, На противоположной параллельной грани призмы 3 устанавливают волновод 2, выполненный в виде стального цилиндра (ср = 5850 м/с, с = 2880 м/с) и перемещают по этой гранй до тех пор, пока на выходе волновода 2 не будет получен четкий импульс рэлеевской волны, что наступает, когда край волновода 2 в плоскости контакта с гранью призмы 3 частично совпадает с границей основного лепесткадиаграммы направленности излучателя 1 при условии равенства половине угловой ширины основного лепесткавторому критическому углу для парыматериалов, из которых выполнены вол 9 о новод 2 и призма 3 (- = 28 ), Раз 2бужденная 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 1 распространения упругих волн, Затем приемник 6 устанавливают непосредственно на волноводе 2 и измеряют времяраспространения 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 й- Скорость с распространения рэлеевских волн в материале образца рассчитывают по Формуле с = (1 - й).14429 На этом же образце 5 методом прозвучивания 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 10 рэлеевских волн с двумя волноводами работает следующим образом (Фиг, 4).Преобразователь устанавливают торцами волноводон 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. 20 Приемник 6 устанавливают таким образом, чтобы добиться максимальной интерференции сигналов, распространяющихся от волнонодов 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 шум 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/шум лежит в пределах 20-30 дБ. Тем самым обеспечивается большая интенсивность нарастания импульса рэлеевской вол ны, что обеспечивает погрешность измерения времени ее распространения менее 1 Х, Погрешность определения коэффициента Пуансона и модуля упругости не превышает, соответственно, 45 Зи 57 004Формула изобретения1. Преобразователь для излучения рэлеевских волн, содержащий излучатель продольных колебаний, волновод рэлеевских волн и установленную между ними призму, о т л и ч а ю щ и й - 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 условиям0с = с . згп - ; 1 г ср6ср о 2 о где 8 - угловая ширина основноголепестка диаграммы направленности излучателя;с - скорость распространенияпродольных колебаний вматериале призмы; с , со - скорость распространенияЧ.продольных и рэлеевскихволн в материале волново"да соответственно; 1 г )- плотность материала волновода и призмы соответственно;ог, о - коэффициент затуханияпродольных колебаний вматериале волновода ипризмы соответственно,2, Преобразователь поп. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен дополнительным волноводом рэлеевских волн, установленным на призме симметрично основному относи" тельно акустической оси излучателя.1442900 г.Ф Составитель В, Гондаревскийпп Техред Л.Сердюкова Корректор М, Васильева акт,о каз 6378/41 одписно ие, г. Ужгород,Проектная,но-полиграфическое пред звод Тираж 847 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушскатета СССР крытийнаб д. 4