Применение
Измерение скорости и затухания ультразвуковых волн в образцах горных пород и минералов.
Предпосылка
Ультразвуковые методы контроля использовались для определения механических свойств геологических материалов. В частности, методы УЗК использовались для количественной оценки физических параметров, таких как твердость, модуль упругости и зернистая структура материала. Эти методы также использовались для контроля качества уплотнения грунта или песка в лабораторных условиях. Такие тесты проводятся на подготовленных образцах с двумя параллельными сторонами с использованием теневого метода (метода сквозного прозвучивания) и низкочастотных преобразователей, как описано ниже. Полевые испытания обычно проводятся при сейсмических частотах значительно ниже ультразвукового диапазона.
Оборудование
Подготовленные геологические образцы обычно исследуются с помощью ультразвуковых дефектоскопов, как например, EPOCH 650™ от Olympus. Используются пары низкочастотных контактных преобразователей в режиме продольных волн или поперечных волн. Специальные преобразователи, используемые в таких случаях, будут зависеть от акустических свойств исследуемых материалов и размеров образца, но чаще всего применяются частоты 1 МГц и ниже. Частота выбирается так, чтобы обеспечить неискаженные формы волны и адекватное проникновение.
Процедура
Образцы могут быть разной формы и размеров при условии, что они имеют две плоские параллельные поверхности для акустического контакта с преобразователем. Обычно, используются цилиндры или блоки толщиной примерно 50–250 мм в направлении измерения. Диаметр или ширина образца должны быть больше, чем размер элемента используемого преобразователя. Здесь предпочтителен теневой метод контроля с двумя преобразователями (один из которых излучает, а второй принимает сигнал), ввиду высокого уровня рассеяния большинства геологических материалов на ультразвуковых частотах. Установите генератор импульсов в теневой режим и отрегулируйте усиление и фильтры для обеспечения оптимального эхо-сигнала. При контроле теневым методом (сквозном прозвучивании) задержка нуля ПЭП может быть определена путем соприкосновения двух преобразователей и использования этого сигнала в качестве нулевой точки. В режиме продольной волны рекомендуется использовать гель, чтобы минимизировать поглощение пористым материалом. Для измерения в режиме сдвиговых (поперечных) волн потребуется специальная контактная жидкость высокой вязкости, например, SWC-2 от Olympus.
Время прохождения импульса может быть измерено с помощью дефектоскопа или осциллографа, или цифрового дисплея сигналов, подключенного к генератору/приемнику. Программное обеспечение дефектоскопа может также рассчитать и измерить скорость.
Продольная волна | Поперечная волна |
Одностороннее измерение времени прохождения импульса в песчанике 95 мм, с использование дефектоскопа EPOCH 650, двух преобразователей продольных волн V102-SB и двух преобразователей поперечных волн V152-RB (1 МГц, диам. 1 дюйм).
Полученные значения скорости звука и плотности материала можно использовать для расчета упругих свойств, как описано в инструкции по применению Измерение модуля упругости. Затухание коррелирует с физическими свойствами, такими как зернистая структура или микротрещины, при использовании эталонных образцов, представляющих известные условия, для построения калибровочной кривой.
