Совмещенный преобразователь различных типов колебаний

 

Изобретение относится к геоакустике и неразрушающим методам контроля конструкционных материалов и может быть использовано для определения состояния и свойств твердых материалов, включая горные породы и минералы. Задача изобретения повышение производительности, информативности и проведение измерений при неизменных контактных условиях, путем последовательного возбуждения в исследуемой среде продольных и сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной поляризацией. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к геоакустике и неразрушающему контролю конструкционных материалов и может быть использовано для определения состояния и свойств твердых материалов, включая минералы и горные породы.

Известен искатель сдвиговых колебаний, содержащий пьезопластину и звуковод, состоящий из двух частей, акустически связанных друг с другом, на первой из которых установлена пьезопластина, а вторая ограничена контактной плоскостью [1] Известен преобразователь ультразвуковых колебаний, содержащий первую пьезопластину и призму, состоящий из двух частей, выполненных в виде клиньев и акустически связанных друг с другом, на первом из которых установлена пьезопластина, а второй ограничен контактной поверхностью, причем первый клин выполнен из материала, скорость распространения продольной волны в котором меньше, чем та же скорость в материале второго клина [2] Однако при выборе углов падения и преломления в этом преобразователе не учтено наличие поглощения материалов первого и второго клиньев, вследствие чего получить на выходе преобразователя "чистую" сдвиговую компоненту практически невозможно. Кроме того, преобразователь трудоемок и нетехнологичен в изготовлении, не позволяет осуществлять измерения с высокой точностью и оперативностью, так как на вступление сдвиговой компоненты налагается интенсивная продольная волна, что затрудняет интерпретацию результатов на сдвиговых волнах, в особенности при измерениях, осуществляемых в анизотропных средах.

Задача изобретения повышение производительности, информативности и проведение измерений при неизменных контактных условиях.

Для этого совмещенный преобразователь снабжен второй и третьей пьезопластинами и звуководом, выполненным в виде цилиндра, на одном торце которого установлена вторая пьезопластина, а второй торец сопряжен с вторым клином, ограниченным контактной поверхностью, третья пьезопластина закреплена на грани второго клина, параллельной контактной плоскости, а угол α между разделяющей плоскостью клиньев и контактной плоскостью выбран из условия arcsin + <α<arcsin + где α ₁, α ₂ соответственно пределы изменения параметров затухания в материалах первого и второго клиньев; ω круговая частота колебаний, излучаемых пьезопластинами, а на боковой поверхности цилиндра выполнены грани, параллельные контактной плоскости преобразователя.

Клинья выполнены из материалов, параметры которых выбраны из соотношений: v_p1 / v_p2 0,43-0,87; v_p1 / v_s2 5,9-12,4; v_p2 / v_s2 1,8-3,6; δ_p / δ_s 0,1-12,0; ρ₂ / ρ₁ 0,06-0,12, где v_p1 v_p2 v_s1 v_s2 и δ_p δ_s ρ₁ ρ₂ соответственно скорости продольной и сдвиговой волн, декременты их поглощения и плотности материалов первого и второго клиньев.

Продольные и поперечные размеры первого и второго клиньев звуковода выбирают из условия Н_{продольный} (3,2-5,6) λ_p1; Λ_{1поперечный} (1,6-2,8) λ_p1; Н_{2продольный} (2,7-4,8) λ_p2; Λ_{2поперечный} (1,8-3,6) λ_p2 где λ_p1и λ_p2 соответственно длины продольных волн в материале первого и второго клиньев.

На чертеже приведен преобразователь ультразвуковых продольной и двух сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной поляризацией Х2 и Х3.

На чертеже показан первый клин 1, второй клин 2, цилиндрический звуковод 3, первая, вторая и третья пьезопластины 4-6 соответственно и контактная плоскость 7.

Преобразователь работает следующим образом.

Пьезопластина 5 возбуждает продольную волну, которая без искажения приходит к контактной плоскости 7 и переходит в исследуемую среду.

Пьезопластина 4 возбуждает продольную волну, которая, распространясь в клине 1 и падая на границу раздела под углом, трансформируется в сдвиговую волну, затем переходит в исследуемую среду под прямым углом к контактной плоскости 7 и возбуждает в исследуемой среде сдвиговые колебания с поляризацией Х3.

Пьезопластина 6 возбуждает продольную Р-волну, которая, падая на границу раздела сред под предельным углом, переходит в сдвиговую волну и под прямым углом переходит в исследуемую среду с поляризацией Х2.

Универсальность преобразователя заключается в том, что он позволяет как по- лучать, так и излучать последовательно по одному и тому же пути при неизменных контактных условиях Р, Х2 и Х3-колебания и определять скорости и поглощение упругих волн в исследуемых средах при нормальном и высоком давлении.

Преимущества преобразователя состоят в его технологичности, информативности и высокой производительности акустических измерений, поскольку все три скорости волн Р, Х2 и Х3-волн получают непосредственно из одного и того же опыта.

Использование изобретения позволит значительно повысить точность испытаний, его информативность и производительность и расширить круг решаемых задач с использованием полученной акустической информации по сравнению с имеющимися серийно выпускаемыми преобразователями продольных колебаний для неразрушающего контроля бетона.

Формула изобретения

1. СОВМЕЩЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ КОЛЕБАНИЙ, содержащий первую пьезопластину и призму, состоящую из двух частей, выполненных в виде клиньев и акустически связанных друг с другом, на первом из которых установлена пьезопластина, а второй ограничен контактной плоскостью, первый клин выполнен из материала, в котором скорость звука меньше, чем в материале второго клина, отличающийся тем, что он снабжен второй и третьей пьезопластинами и звуководом, выполненным в виде цилиндра, на одном торце которого установлена вторая пьезопластина, а второй торец сопряжен с вторым клином, ограниченным контактной плоскостью, третья пьезопластина закреплена на грани второго клина, параллельной контактной плоскости, а угол α между разделяющейся плоскостью клиньев и контактной плоскостью выбран из условия

где α₁, α₂ соответственно пределы изменения параметров затухания в материалах первого и второго клиньев;
ω круговая частота колебаний, излучаемых пьезопластинами,
а на боковой поверхности цилиндра выполнены грани, параллельные контактной плоскости преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй клинья выполнены из материалов, параметры которых выбраны из соотношений



δ_p/δ_s=0,1-12,0;
ρ₂/ρ₁=0,06-0,12,
где скорость продольной волны в материале первого клина;
то же в материале второго клина;
δ₁ и δ₂ декременты поглощения в материале первого и второго клиньев соответственно;
скорость сдвиговой волны в материале первого и второго клиньев соответственно;
ρ₁ и ρ₂ плотность материалов первого и второго клиньев соответственно.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что размеры клиньев выбирают из условий




где H₁ и H₂ соответственно продольный размер первого и второго клиньев;
Λ₁ и Λ₂ соответственно поперечный размер первого и второго клиньев;
соответственно длина продольной волны в материале первого и второго клиньев.

РИСУНКИ

Рисунок 1