專利名稱：一種智能超聲橫波縱波綜合測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于巖體聲學(xué)性質(zhì)實驗和各種脆性材料測試的換能器裝置的技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油、地質(zhì)、礦山、煤炭、地震與海洋工程等領(lǐng)域，需要對現(xiàn)場的巖石體進行研 究，通過儀器測量得到受試巖體的縱波、橫波波速及衰減特性的測量，并通過分析系統(tǒng)得出 巖體或各類非金屬脆性材料的揚氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比、拉美系數(shù)，縱、橫波 波速及其衰減系數(shù)等力學(xué)物理參數(shù)。傳統(tǒng)的測量儀器一般是一次實驗僅能測出縱波或一個單向量橫波。首先將待測物 體加工成試件，放置在待測位置，施加一定的載荷后，利用縱波振子測得待測物體的縱波， 然后調(diào)換橫波振子測得橫波；然后將待測物體再轉(zhuǎn)動90度后，施加相同的壓力，利用兩個 不同的振子分別測得縱波和橫波，從而利用分析系統(tǒng)得到揚氏模量、剪切模量、體積模量、 泊松比、拉美系數(shù)，縱、橫波波速及其衰減系數(shù)等力學(xué)物理參數(shù)。由于金屬材料各向同性，所 以在任意一個方向測得的波速可以代表整個待測金屬材料各方向的力學(xué)物理參數(shù)，使用傳 統(tǒng)的測量儀器影響不大；但是對于巖石體或各類非金屬脆性材料來說，這樣分析的結(jié)果并 不能很好的代表整個待測材料各方向的力學(xué)物理參數(shù)，且多次實驗也破壞了實驗條件的嚴 格一致性。申請人:西南石油大學(xué)在2007年10月23日申請了發(fā)明名稱為“一種巖石縱橫波 速測量探頭”的專利申請。在這份專利中申請人提出了一次加載實驗實現(xiàn)巖心的縱波和一 個繞曲橫波的測量探頭，但是理論分析與實踐表明僅靠一個橫向繞曲波與縱波尚不能完全 滿足巖心全部力學(xué)參數(shù)的分析要求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用效果好，能夠一次加載實驗產(chǎn)生巖心 的縱波和兩個不同方向的橫波測量，一致性好的智能超聲橫波縱波綜合測試儀。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案—種智能超聲橫波縱波綜合測試儀，包括兩組復(fù)合換能器、待測裝置、多通道采集 與可視化測試分析裝置，待測裝置相對的兩個側(cè)面分別設(shè)置一組復(fù)合換能器，每組復(fù)合換 能器與待測裝置之間設(shè)置發(fā)射機，每組復(fù)合換能器分別通過寬帶放大器、電子衰減器與多 通道采集與可視化測試分析裝置連接。本實用新型的復(fù)合換能器包括U型承壓腔體、承壓板、壓縮彈簧、口字型換能器外 室、三個振子，U型承壓腔體的開口處設(shè)置承壓板，U型承壓腔體內(nèi)設(shè)置口字型換能器外室， 口字型換能器外室通過壓縮彈簧與承壓板連接，遠離壓縮彈簧的口字型換能器外室的內(nèi)壁 上均勻布置三個振子，振子上分別連接振子導(dǎo)線。本實用新型的承壓板上設(shè)置至少四個壓力螺栓。
3[0010]本實用新型的承壓板與U型承壓腔體之間設(shè)置0型密封圈。本實用新型的振子導(dǎo)線與U型承壓腔體之間設(shè)置壓力螺栓。每個振子靠近壓縮彈 簧的一端分別設(shè)置吸收堆。每個振子的周邊設(shè)置圓形分隔槽。本實用新型三個振子其中的兩個振子的靈敏度方向相差90度。本實用新型采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1、本實用新型可以對巖石等非金屬試件在同一夾持狀態(tài)和同一耦合邊界條件下， 對其進行縱波和橫波的測試，并且對其首波振幅的衰減進行量化記錄，為用戶迅速提供試 件的“楊氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比、拉美系數(shù)、縱波速度、橫波速度、縱波衰減系 數(shù)、橫波衰減系數(shù)”等力學(xué)參數(shù)。2、本實用新型一體化集成地實現(xiàn)了縱波速度和兩個不同向量的剪切橫波波速的 測量探頭及其相關(guān)的激勵系統(tǒng)，同時配合與之配套的分析可視化系統(tǒng)，能夠通過一次實驗 得到縱波波速、橫波波速及其衰減系數(shù)和主要頻率，以及被測巖體的揚氏模量、剪切模量、 體積模量、泊松比、拉美系數(shù)等力學(xué)參數(shù)和相應(yīng)的可視化圖表與波形。能夠一次性產(chǎn)生一個 巖心的縱波和兩個不同方向的橫波，實驗一致性好。3、本實用新型同時配合與之配套的分析可視化系統(tǒng)，不僅能滿足巖體及各類非金 屬脆性材料的波動實驗要求而且能以其實時可視化數(shù)據(jù)與波形的存儲，實現(xiàn)對實驗對象長 時間無人值守的連續(xù)測試。4、本實用新型的三個振子按120度均勻布置，其中兩個按剪切振動模式振動的振 子其靈敏度方向相差90度，在一個面上產(chǎn)生兩個不同方向的剪切橫波、縱波振子產(chǎn)生徑向 縱波，從而產(chǎn)生三份量波形(X方向、Y方向和Z方向)，結(jié)構(gòu)簡單，使用效果好。5、本實用新型每個振子的背面有吸收堆，以獲得良好的波形；每個振子強力耐高 溫地附著在口字型換能器外室上；每個振子的周邊具有圓形分隔槽，使其獲得獨特的振動 邊界條件。增強了獲得波形的強度，使用效果好。

圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型復(fù)合換能器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A-A向剖視圖。圖4是本實用新型復(fù)合換能器與多通道采集與可視化測試分析裝置連接的接口 電路原理圖。圖5是本實用新型寬帶放大器的電路原理圖。圖6是本實用新型發(fā)射機的電路原理圖。圖7是本實用新型電源的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明如圖1所示，一種智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于包括兩組復(fù)合換能 器1、待測裝置2、多通道采集與可視化測試分析裝置3，待測裝置2相對的兩個側(cè)面分別設(shè) 置一組復(fù)合換能器1，每組復(fù)合換能器1與待測裝置2之間設(shè)置發(fā)射機4，每組復(fù)合換能器
41分別通過寬帶放大器、電子衰減器與多通道采集與可視化測試分析裝置3連接。如圖2、圖3所示，本實用新型的復(fù)合換能器1包括U型承壓腔體11、承壓板12、壓 縮彈簧13、口字型換能器外室15、三個振子16，U型承壓腔體11的開口處設(shè)置承壓板12， U型承壓腔體11內(nèi)設(shè)置口字型換能器外室15，口字型換能器外室15通過壓縮彈簧13與承 壓板12連接，遠離壓縮彈簧13的口字型換能器外室15的內(nèi)壁上均勻布置三個振子16，振 子16上分別連接振子導(dǎo)線17。如圖2所示，本實用新型的承壓板12上設(shè)置至少四個壓力螺栓14。如圖2所示，本實用新型的承壓板12與U型承壓腔體11之間設(shè)置0型密封圈18。如圖2所示，本實用新型的振子導(dǎo)線17與U型承壓腔體11之間設(shè)置壓力螺栓9。如圖2所示，本實用新型的每個振子16靠近壓縮彈簧13的一端分別設(shè)置吸收堆 101。如圖2所示，本實用新型的每個振子16的周邊設(shè)置圓形分隔槽111。本實用新型的多通道采集與可視化測試分析裝置3采集復(fù)合換能器1上各振子的 縱、橫波的信號，然后經(jīng)過寬帶放大器、電子衰減器處理后，進行數(shù)據(jù)處理和計算，得到“楊 氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比、拉美系數(shù)、縱波速度、橫波速度、縱波衰減系數(shù)、橫波 衰減系數(shù)”等力學(xué)參數(shù)。圖4、圖5、圖6、圖7所示的分別是接口電路、發(fā)射數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù) 以及提供能源的電路原理圖。本實用新型可以在高溫高壓下同時獲取巖體的縱波和90度相位差的兩相位橫 波，并讀出其速度和計算出巖體的泊松比及彈性模量。換能器由三個獨立振子16組成。如 圖3所示，每個振子16按120度分列，其中兩個按剪切振動模式振動的振子其靈敏度方向 相差90度，在一個面上產(chǎn)生兩個不同方向的剪切橫波、縱波振子產(chǎn)生徑向縱波，從而產(chǎn)生 三份量波形(X方向、Y方向和Z方向)。如圖2所示。每個振子16背面有吸收堆101，以 獲得良好的波形；每個振子16強力耐高溫的附著在口字型換能器外室15上；每個振子16 的周邊具有圓形分隔槽111，使其獲得獨特的振動邊界條件。各振子導(dǎo)線經(jīng)振子由承壓腔引 出，由密封螺栓密封。發(fā)射換能器與接收換能器結(jié)構(gòu)相同。本實用新型配合多通道采集與 可視化測試分析裝置3可以非常簡便的一次性在高溫、高壓條件下獲取被測物體的縱波速 度和雙分量差相位的橫波速度及加載條件下的衰減量，從而克服了多次實驗帶來的不一致 性，以準確的計算出被測物體的泊松比和彈性模量等加載力學(xué)參數(shù)。
權(quán)利要求一種智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于包括兩組復(fù)合換能器(1)、待測裝置(2)、多通道采集與可視化測試分析裝置(3)，待測裝置(2)相對的兩個側(cè)面分別設(shè)置一組復(fù)合換能器(1)，每組復(fù)合換能器(1)與待測裝置(2)之間設(shè)置發(fā)射機(4)，每組復(fù)合換能器(1)分別通過寬帶放大器、電子衰減器與多通道采集與可視化測試分析裝置(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述復(fù)合換能器 (1)包括U型承壓腔體(11)、承壓板(12)、壓縮彈簧(13)、口字型換能器外室(15)、三個振 子(16)，U型承壓腔體(11)的開口處設(shè)置承壓板(12)，U型承壓腔體(11)內(nèi)設(shè)置口字型換 能器外室(15)，口字型換能器外室(15)通過壓縮彈簧(13)與承壓板(12)連接，遠離壓縮 彈簧(13)的口字型換能器外室(15)的內(nèi)壁上均勻布置三個振子(16)，振子(16)上分別連 接振子導(dǎo)線(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述三個振子(16)其中的兩個振子的靈敏度方向相差90度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述承壓板(12) 上設(shè)置至少四個壓力螺栓(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述承壓板(12) 與U型承壓腔體(11)之間設(shè)置0型密封圈(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述振子導(dǎo)線(17)與U型承壓腔體(11)之間設(shè)置壓力螺栓(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述每個振子 (16)靠近壓縮彈簧(13)的一端分別設(shè)置吸收堆(101)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能超聲橫波縱波綜合測試儀，其特征在于上述每個振子 (16)的周邊設(shè)置圓形分隔槽(111)。
專利摘要一種智能超聲橫波縱波綜合測試儀，涉及用于巖體聲學(xué)性質(zhì)實驗和各種多晶體彈性材料測試的技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型包括兩組復(fù)合換能器、待測裝置、多通道采集與可視化測試分析裝置，待測裝置相對的兩個側(cè)面分別設(shè)置一組復(fù)合換能器，每組復(fù)合換能器與待測裝置之間設(shè)置發(fā)射機，每組復(fù)合換能器分別通過寬帶放大器、電子衰減器與多通道采集與可視化測試分析裝置連接。本實用新型目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用效果好，能夠一次性產(chǎn)生一個巖心的縱波和兩個不同方向的橫波，多次實驗一致性好的單縱波雙橫波速度測試的智能超聲橫波縱波綜合測試儀。
文檔編號G01N29/34GK201653999SQ20102010152
公開日2010年11月24日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者宦康寧, 田美琴 申請人:宦康寧;田美琴