Metoda pomiaru prędkości fal ultradźwiękowych w próbkach skalnych podczas testów laboratoryjnych

Abstract

The measurement of the ultrasonic wave velocity in the process of uniaxial deformation of rocks specimens makes it possible to determine the degree of its internal destruction. For this purpose a standard testing device is equipped with a pair of special anvils. Each of them contains two piezoelectric ultrasonic transducers: one for P-wave, the other for S-wave. The tested cylindrical specimen is placed between the anvils after covering its faces with thin layer of couplant. The transducers of one anvil play the role of waves transmitters. They are attached to a typical industrial defectoscope output across a switch. Thus, electric pulses generated by the defectoscope can excite alternating both transducers. The transducers of the other anvil play the role of waves receivers. They are attached to two channels inputs of an analog-digital oscilloscope functioning in the digital mode. In this way the received signals can be easily observed on the oscilloscope display. In addition the oscilloscope synchronizing input is connected with the defectoscope output. It makes it possible to measure the period between the falling slope of the exciting pulse and the peak of the first positive pulse of the received signal. Thus, the P- or S-wave delay can be manually measured every 30 s with resolution of 20 ns. During the test another quantities like load, longitudinal and transverse strains are automatically measured and recorded. The obtained data can be used for elaborating rock material characteristics.

Pomiar prędkości fal ultradźwiękowych podczas jednoosiowego ściskania próbek skalnych umożliwia określanie stopnia ich wewnętrznej destrukcji. W tym celu standardowe urządzenie do badań wytrzymałościowych jest wyposażane w parę specjalnych kowadeł. Każde z nich zawiera dwa piezoelektryczne przetworniki: jeden dla fal typu P, drugi dla fal typu S. Poddana testowi próbka jest umieszczana pomiędzy kowadłami po uprzednim posmarowaniu jej powierzchni czołowych cienką warstwą kuplantu. Przetworniki jednego kowadła odgrywają rolę nadajników fal. Są one podłączane do wyjścia typowego przemysłowego defektoskopu poprzez przełącznik. W ten sposób elektryczne impulsy generowane przez defektoskop mogą naprzemiennie pobudzać obydwa przetworniki. Przetworniki drugiego kowadła pełnią rolę odbiorników fal. Są one podłączane do wejść dwóch kanałów anałogowo-cyfrowego oscyloskopu pracującego w trybie cyfrowym. W ten sposób odbierane sygnały mogą być bez trudu obserwowane na ekranie oscyloskopu. Dodatkowo jego wejście synchronizacyjne jest dołączane do wyjścia defektoskopu. Umożliwia to pomiar okresu pomiędzy opadającym zboczem impulsu wzbudzającego i szczytem pierwszego dodatniego impulsu odebranego. W ten sposób opóźnienie fal typu P lub S może być ręcznie mierzone co 30 s z rozdzielczością 20 ns. Podczas testu inne wielkości, takie jak: siła ściskająca, podłużne i poprzeczne odkształcenia, są mierzone i zapisywane automatycznie. Uzyskane dane pomiarowe mogą być użyte do opracowania charakterystyk materiału próbki skalnej.