Устройство для определения скоростей ультразвуковых волн в горных породах

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 55 1577 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 09.03. 73(21) 1891572/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25.0Э. 77.Бюллетень № 11 (4Б) Дата опчбликования описания 29.05.77 у— (51) М. Кл.т

G 01 8 3/80

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий (53) УДК 5 50.8 3 (088.8) Т. М. Салехли и Ю. Г, Ганбаров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Азербайджанское отделение Всесоюзного научноисследовательского института геофизических методов разведки (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ

УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Изобретение относится к области физической акустики и, в частности к изучению упрутих свойств горных пород.

Для геологической интерпретации сейсмических скоростей и выяснения вещественного состава континентальной коры и более глу» боких слоев Земли большое значение имеет измерение в лабораторных условиях упругих постоянных или скоростей распространения упругих волн в образцах пород при высоких 1О гермодинамических условиях.

При исследованиях скорости распространения упругих волн (продольных и поперечных) в горных породах при высоких давлениях и температурах необходимо соблюдать у идентичность условий эксперимента для регистрации обоих типов волн.

Известно устройство для одновременного определения скорости продольных и поперечных волн, основанное на принципе критичес-оп кого угла или методе полного внутреннего отражения.

Оно страдает сложностью экспэрименталь ной установки (необходимость врапьэния образцов) и небольшой точностью 25

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, в котором в качестве преобразователей использованы кристаллы из сегнетовой соли с различными собственными частотами, помещенные в один корпус и расположенные несимметрично по отношению к оси акустических головок, а также к исследуемому образцу.

Однако из-за невозможности установки в этом устройстве акустических головок внутри камеры высокого давления так, чтобы соответствующие преобразователи располагались по одной оси, при измерении скоростей упругих волн возможны ошибки. Кроме того, пьезопреобразователи из сегнетовой соли не могут быть использованы при высоких температурах из-за низкой температуры Кюри (24оС).

Иелью изобретения является повышение точности и надежности определения скорости распространения продольных и поперечныхь волн в горных породах при идентичных термо динамических условиях.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве электроме551577

Устройство для определения скоростей ультразвуковых волн в горных породах, содержащее генератор прямоугольных имуль сов, широкополосный усилитель, двухлучевой осциллограф и пьезоэлектрические акустические головки с электромеханическими преобразователями. о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности

45 надежности определения скорости рас пространения продольных и поперечных волн в горных породах при идентичных термодинамических условиях, электромеханические преобразователи акустических головок вы полнены в виде двух концентрически размещенных пьезоэлектрических элементов с различными собственными частотами. ханические преобразователи акустических головок выполнены в виде двух концентрически размещенных пьезоэлектрических элементов с различными собственными частотами.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства для определения скоростей распространения ультразвуковых волн в горных породах; на фиг. 2 схематически изображена акустическая головка. ð

Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов 1, излучающей и приемной акустических головок 2, широкополосного усилителя 3, двухлучевого осциллографа

4, Акустические головки с образцом породы помещаются в;амеру высокого давления 5.

Излучающая и приемная акустические головки по конструкции идентичны. Каждая акустическая головка состоит из чувствительных элементов 6 и 7 соответственно с 26 низкой (до 70 кГц) и высокой (до 1 мГц), собственной частотой, металлического карпу, са 8, тонкостенной металлической мембраны 9, металлической крышки 10, демпфера

11 из текстолита, прокладки 12, выводов 2s

13 и высокочастотного разъема 14.

Чувствительные элементы изготавливают ся из пьезокерамики — цирконата-титаната свинца. При этом пьезоэлемент 6 с низкой собственной частотой выполнен в виде крут» Зр лого стержня, а высокочастотны.-:1 7 - в виде шайбы Размеры пьезоэлементе . определяются по соотношению О/Д, где a—

1 радиус образца;3.- длина волн, распространяющихся в породе.

При этом для регистрации скорости продольной волны в стержней/Я, (0,3, а для регистрации скорости в массиве О/Я,,1, Высокочастотный шайбообразный пьезоэлемент 7 размещается на донышке корпуса, которое является одновременно мембраной и вторым электродом. Низкочастотный стержневой пьезоэлемент 6 вставляется внутрь шайбы 7 и контактирует с мембраной 9.

Оба пьезоэлемента с помощью крышки

10 и фасонного демпфера 11 прижимаются к мембране. Выводы от электродов подведены к высокочастотному разьему 14, Работают с устройством в следующей последовательности.

Прямоугольный импульс от генератора 1 с помощью коаксильного кабеля подается на пьезоизлучатель, возбуждая пьезоэлемент 6.

Генерируемые ультразвуковые колебания, которые распространяются со скоростью в стержне, преобразуются идентичным пьезоэлементом приемной акустической головки в электрические сигналы, усиливаются в усилителе, подаются на вход двухлучевого осциллографа и регистрируются.

Затем, изменив порядок подключения выводов акустических головок на выходе генератора и входе осциллографа, возбуждают второй пьезоэлемент 7 и регистрируют волну, распространяющуюся в образце породы со скоростью в массиве.

Используя формулы теории упругости, с большой точностью вычисляют скорости распространения продольных и поперечных волн.

Использование описанной системы возбуждения и приема ультразвуковых волн дает возможность без изменения условий эксперимента (высокие давление и температура и акустический контакт между образ-, цом породы и акустическими головками) определять обе скорости.

Одновременно повышается производительность труда за счет отказа от подготовительных операций.

Формула изобретения

551577 фиг. 1

Фиг. 2

Составитель Ю. Веселовский

Редактор Г. Кобельский Техред О. Луговая Корректор Ж К ер

Заказ 1 18/23 Тираж 722 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1l3O35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, T Ужгород, ул. Проектная, 4