Скорость распространения и коэффициент поглощения упругих ультразвуковых колебаний

Разработаны резонансные звуковые и импульсные ультра­звуковые способы определения скорости упругих колебаний.

Резонансные способы продольных и изгибных колебаний, несмотря на их относительно простую аппаратуру, применя­ются гораздо реже импульсных, к которым относятся способы прозвучивания, продольного профилирования, кратных отраже­ний и критических углов. Это объясняется большой точностью импульсных способов, наглядностью экспериментальных дан­ных, легкой их расшифровкой; значительными пределами, в которых может быть изменена скорость, и возможностью применения этих способов в широком диапазоне давлений и температур.

Оценка скорости распространения ультразвуковых волн сводится к определению времени прохождения ультразвуковых импульсов через образцы заданной длины или к установлению времени запаздывания эхо-сигнала. Эти времена составляют от 10 до 100 мкс при длине пути до 1 м в породах и жидкостях.

Коэффициент α поглощения упругих волн в образцах горных пород определяется резонансными и импульсными способами. В резонансных способах используются стоячие волны. Эти способы достаточно точны и имеют относительно малогабаритную аппаратуру. Основной недостаток заключается в сложности перехода от линейных значений α для стержня к объемному коэффициенту поглощения и трудности изготов­ления стержней породы.

В импульсных способах используются бегущие волны. Из этих способов при обычных давлениях наибольшее распрост­ранение получили модификации прозвучивания под углом 45 градусов к граням образца, продольного профилирования, многократных отражений.

Лабораторная работа 2

Определение скорости распространения упругих продольных ультразвуковых волн способом прозвучнвання

Теория. Скорость распространения волн в образцах пород V_p определяется по данным измерений на образце длиной L (м), времени τ (с) пробега упругой ультразвуковой волны

Vp = L/τ (38)

Равенство Vp скорости распространения продольных упругих волн в безграничной среде (массиве) Vp m соблюдается только при r / λ > 1 (где r – радиус образца; λ – длина ультразвуковой волны), при r / λ < 0,3 измеряется скорость Vp ет в стержне породы.

Разные отношения r / λ получают, применяя образцы раз­личного диаметра или используя волны различной частоты так, чтобы r / λ было вначале меньше 0,3, а затем больше 1,25. Это позволяет определить Vp м и Vp ст при изучении двух. образцов одной и той же породы различного диаметра, или одного образца с пьезодатчиками различной частоты [8, 10].