Aplicação
Medição de velocidade e atenuação ultrassônicas em amostras geológicas, como rochas e minerais.
Cenário
Técnicas de transmissão de som ultrassônico têm sido utilizadas para definir as propriedades mecânicas de materiais geológicos. Mais especificamente, essas técnicas têm sido usadas para quantificar os parâmetros físicos, como dureza, módulo de elasticidade e estrutura de grãos do material. Essas técnicas também têm sido usadas para monitorar a compactação de solo ou areia em condições de laboratório. Esses testes podem ser normalmente realizados em amostras preparadas com duas superfícies planas paralelas usando técnicas de transmissão direta com transdutores de baixa frequência, conforme descrito abaixo. Os testes de campo são normalmente realizados em frequências sísmicas bem abaixo da faixa ultrassônica.
Equipamento
Amostras geológicas preparadas podem normalmente ser testadas com instrumentos ultrassônicos, como o detector de defeitos Olympus EPOCH 650™. Pares de transdutores de contato de baixa frequência são empregados nos modos de onda longitudinal e de cisalhamento. Os transdutores específicos usados em um determinado caso dependerão das propriedades acústicas dos materiais de teste e das dimensões da amostra, mas frequências iguais ou inferiores a 1 MHz são mais comumente empregadas. A frequência deve ser selecionada para fornecer formas de onda não distorcidas, além de penetração adequada.
Procedimento
As amostras podem ser preparadas em uma variedade de formas e tamanhos, desde que tenham duas superfícies planas e paralelas para o acoplamento do transdutor. Normalmente, elas serão cilindros ou blocos com espessuras variando de 2 pol. (50 mm) a 10 pol. (250 mm), aproximadamente, na direção da medição. O diâmetro ou largura da amostra deve ser maior do que o tamanho do elemento do transdutor que está sendo usado. O teste de transmissão contínua com transdutores de transmissão e recepção separados é normalmente empregado devido ao alto nível de dispersão exibido pela maioria dos materiais geológicos em frequências ultrassônicas. Defina o pulsador do instrumento para o modo direto e ajuste o ganho e a filtragem para obter a melhor resposta. Em testes de transmissão direta, o atraso zero da sonda pode ser determinado tocando os dois transdutores juntos e usando esse sinal como o ponto zero. O acoplamento de gel é útil para testes de ondas longitudinais para minimizar a absorção em amostras porosas. O acoplamento especial de alta viscosidade, como o acoplamento de onda de cisalhamento SWC-2 da Olympus, deve ser usado para acoplar transdutores de onda de cisalhamento.
O tempo de trânsito do pulso pode ser medido com um detector de defeito ou um osciloscópio ou display de forma de onda digital conectado a um pulsador/receptor. O software de detecção de defeitos também pode calcular a velocidade e fazer medições.
Onda longitudinal | Onda de cisalhamento |
Medição de tempo de trânsito unilateral em arenito de 3,75 pol. (95 mm) testado com um detector de defeitos EPOCH 650, dois transdutores de onda longitudinal V102-SB e dois transdutores de onda de cisalhamento V152-RB (ambos de 1 MHz, 1 pol. de diâmetro).
As velocidades medidas junto com a densidade do material podem ser usadas para calcular as propriedades elásticas conforme descrito na Nota do aplicativo Medição do Módulo Elástico. A atenuação é correlacionada com propriedades físicas como estrutura de grão ou microfissuração experimentalmente, usando amostras de referência que representam condições conhecidas para estabelecer uma curva de calibração.
