Устройство для измерения скоростии поглощения ультразвука в образцахминералов и горных пород

 

з сысою "еидЛ

ПЛТЕи..а-,;.,Л СЦа, „,) /$5 l о и и - ве"ит» е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски»

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 30.07.71 (21) 1688938/18-10 (51) М. Кл. G 01р 5/00 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 25.04.74. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 27.09.74

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам иэооретеиий и открытий (53) УДК 534.28(088.8) (72) Авторы изобретения

T. С. Лебедев, В. Т. Лахтанов и Г. Т. Продайвода

Институт геофизики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

И ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В ОБРАЗЦАХ

МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

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 размещен исследуемьш образец.

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

На фиг. 1 изобраекена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 — осциллограмма точного наложения ультразвукового импульса прямого прохождения и эхо-импульса однократного прохождения в исследуемом образцс.

10 Выходы задающего генератора синусоидальных колебаний 1 соединены с электронносчетным частотомером 2 и с входом делителя частоты 3. Последний предназначен для деления частоты задающего генератора 1 с

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

20 короткие импульсы (длительностью порядка

10 — сек), синхронизирующие генератор 5 линейно изменяющегося напряжения. Выход последнего соединен с входом горизонтального отклонения Х двухлучевого осциллографа 6.

25 Выход делителя 3 соединен с входом зондирующего генератора 7, входом синхронизации осциллографа 6 и входом блока импульсов подсветки 8, предназначенного для формирования двух подсвечивающих развертку ос30 циллографа положительных прямоугольных

425110

15 го импульсов (нодающихся на модуляторы электроннолучевой трубки осциллографа). Генератор 7 предназначен для возбуждения приемно-излучающего пьезопреобразователя 9, Пьсзопреобразователь 9 и приемный пьезопреобразователь 10 смонтированы 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 уменьшения воздействия высоких температур на пьезопреобразоватсли 9 и 10.

Пьезонреобразователь 9 подключен к входу нсперегружающегося 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. Лттенюатор 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. 2б) 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 большого затухания ультразвуковых волн при высоких температурах и давлениях в исследуемых средах практически с достаточной точностью можно регистрировать приемноизлучающим пьезопреобразователем 9 лишь первое отражение ультразвукового импульса в образце 13 (см, фиг. 2в, импульс В), проходящее расстояние, равное двум длинам звукопровода 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 грани25

so

65 цы раздела звукопровод 11 — образец 13, проходящий расстояние, равное двум длинам звуконровода 11 (см. фиг. 2 в, импульс А), а ньезонреобразователь 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 Л) соответствует первому отражению от границы звукопровод 11 — образец 13, второй — упругому импульсу прямого прохождения через звукопровод 11, 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 ооразом. Выходное напряжение задающего генератора 1 подается на пороговый формирователь 4, который формирует короткие импульсы длительностью порядка 10 — сек цри достижении синусоидальным напряжением порога срабатывания формирователя (см. фиг. 2г). Полученные импульсы управляют работой 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 вь.хода блока импульсов подсветки 8 снимаются два прямоугольных импульса регулируемой длительности и амплитуды (см. фиг. 2 е), 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 им425110 пульсов Б и B их амплитуды сравниваются на экране осциллографа 6 аттенюатора 16.

Предмет изобретения

Устройство для измерения скорости и поглощения ультразвука в образцах минералов и горных пород, содержащее задающий генератор синусоидальных колебаний регулируемой частоты, зондирующий генератор, приемно-излучающий пьезопреооразователь, приемный усилитель, выход которого подключен к одному из входов двухлучевого осциллографа, пороговьш формирователь, генератор линейпо изменяющегося напряжения и формироьатель подсвечивающих импульсов, о т л ичающееся тем, что, с целью обеспечения измерений для образцов с большим поглоще5 нием ультразвука при изменяющихся высоких давлениях и температурах, оно снабжено последовательно включенными дополнительными приемным преобразователем и приемным усилиге;.е.;, выход которого через аттенюатор

10 соединен с другим входом двухлучевого осциллографа, при этом основной и дополнительный преобразователи установлены на двух геометрически и акустически идентичных звукопроводах, между другими торцами ко15 торых размещен исследуемый образец.

425110!

1 1

Составитель И. Гольденберг

Техред Л. Богданова Корректор Н. Стельмах

Редактор Т. Иванова

Заказ 2658/11 Изд. ¹ 760 Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, М(-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, нр. Сапунова, 2