专利名称：一种智能超声横波纵波综合测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于岩体声学性质实验和各种脆性材料测试的换能器装置的技 术领域。
背景技术：
在石油、地质、矿山、煤炭、地震与海洋工程等领域，需要对现场的岩石体进行研 究，通过仪器测量得到受试岩体的纵波、横波波速及衰减特性的测量，并通过分析系统得出 岩体或各类非金属脆性材料的扬氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比、拉美系数，纵、横波 波速及其衰减系数等力学物理参数。传统的测量仪器一般是一次实验仅能测出纵波或一个单向量横波。首先将待测物 体加工成试件，放置在待测位置，施加一定的载荷后，利用纵波振子测得待测物体的纵波， 然后调换横波振子测得横波；然后将待测物体再转动90度后，施加相同的压力，利用两个 不同的振子分别测得纵波和横波，从而利用分析系统得到扬氏模量、剪切模量、体积模量、 泊松比、拉美系数，纵、横波波速及其衰减系数等力学物理参数。由于金属材料各向同性，所 以在任意一个方向测得的波速可以代表整个待测金属材料各方向的力学物理参数，使用传 统的测量仪器影响不大；但是对于岩石体或各类非金属脆性材料来说，这样分析的结果并 不能很好的代表整个待测材料各方向的力学物理参数，且多次实验也破坏了实验条件的严 格一致性。申请人:西南石油大学在2007年10月23日申请了发明名称为“一种岩石纵横波 速测量探头”的专利申请。在这份专利中申请人提出了一次加载实验实现岩心的纵波和一 个绕曲横波的测量探头，但是理论分析与实践表明仅靠一个横向绕曲波与纵波尚不能完全 满足岩心全部力学参数的分析要求。
发明内容本实用新型目的是提供一种结构简单，使用效果好，能够一次加载实验产生岩心 的纵波和两个不同方向的横波测量，一致性好的智能超声横波纵波综合测试仪。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案—种智能超声横波纵波综合测试仪，包括两组复合换能器、待测装置、多通道采集 与可视化测试分析装置，待测装置相对的两个侧面分别设置一组复合换能器，每组复合换 能器与待测装置之间设置发射机，每组复合换能器分别通过宽带放大器、电子衰减器与多 通道采集与可视化测试分析装置连接。本实用新型的复合换能器包括U型承压腔体、承压板、压缩弹簧、口字型换能器外 室、三个振子，U型承压腔体的开口处设置承压板，U型承压腔体内设置口字型换能器外室， 口字型换能器外室通过压缩弹簧与承压板连接，远离压缩弹簧的口字型换能器外室的内壁 上均勻布置三个振子，振子上分别连接振子导线。本实用新型的承压板上设置至少四个压力螺栓。
3[0010]本实用新型的承压板与U型承压腔体之间设置0型密封圈。本实用新型的振子导线与U型承压腔体之间设置压力螺栓。每个振子靠近压缩弹 簧的一端分别设置吸收堆。每个振子的周边设置圆形分隔槽。本实用新型三个振子其中的两个振子的灵敏度方向相差90度。本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点1、本实用新型可以对岩石等非金属试件在同一夹持状态和同一耦合边界条件下， 对其进行纵波和横波的测试，并且对其首波振幅的衰减进行量化记录，为用户迅速提供试 件的“杨氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比、拉美系数、纵波速度、横波速度、纵波衰减系 数、横波衰减系数”等力学参数。2、本实用新型一体化集成地实现了纵波速度和两个不同向量的剪切横波波速的 测量探头及其相关的激励系统，同时配合与之配套的分析可视化系统，能够通过一次实验 得到纵波波速、横波波速及其衰减系数和主要频率，以及被测岩体的扬氏模量、剪切模量、 体积模量、泊松比、拉美系数等力学参数和相应的可视化图表与波形。能够一次性产生一个 岩心的纵波和两个不同方向的横波，实验一致性好。3、本实用新型同时配合与之配套的分析可视化系统，不仅能满足岩体及各类非金 属脆性材料的波动实验要求而且能以其实时可视化数据与波形的存储，实现对实验对象长 时间无人值守的连续测试。4、本实用新型的三个振子按120度均勻布置，其中两个按剪切振动模式振动的振 子其灵敏度方向相差90度，在一个面上产生两个不同方向的剪切横波、纵波振子产生径向 纵波，从而产生三份量波形(X方向、Y方向和Z方向)，结构简单，使用效果好。5、本实用新型每个振子的背面有吸收堆，以获得良好的波形；每个振子强力耐高 温地附着在口字型换能器外室上；每个振子的周边具有圆形分隔槽，使其获得独特的振动 边界条件。增强了获得波形的强度，使用效果好。

图1是本实用新型的一种结构示意图。图2是本实用新型复合换能器的一种结构示意图。图3是图2的A-A向剖视图。图4是本实用新型复合换能器与多通道采集与可视化测试分析装置连接的接口 电路原理图。图5是本实用新型宽带放大器的电路原理图。图6是本实用新型发射机的电路原理图。图7是本实用新型电源的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明如图1所示，一种智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于包括两组复合换能 器1、待测装置2、多通道采集与可视化测试分析装置3，待测装置2相对的两个侧面分别设 置一组复合换能器1，每组复合换能器1与待测装置2之间设置发射机4，每组复合换能器
41分别通过宽带放大器、电子衰减器与多通道采集与可视化测试分析装置3连接。如图2、图3所示，本实用新型的复合换能器1包括U型承压腔体11、承压板12、压 缩弹簧13、口字型换能器外室15、三个振子16，U型承压腔体11的开口处设置承压板12， U型承压腔体11内设置口字型换能器外室15，口字型换能器外室15通过压缩弹簧13与承 压板12连接，远离压缩弹簧13的口字型换能器外室15的内壁上均勻布置三个振子16，振 子16上分别连接振子导线17。如图2所示，本实用新型的承压板12上设置至少四个压力螺栓14。如图2所示，本实用新型的承压板12与U型承压腔体11之间设置0型密封圈18。如图2所示，本实用新型的振子导线17与U型承压腔体11之间设置压力螺栓9。如图2所示，本实用新型的每个振子16靠近压缩弹簧13的一端分别设置吸收堆 101。如图2所示，本实用新型的每个振子16的周边设置圆形分隔槽111。本实用新型的多通道采集与可视化测试分析装置3采集复合换能器1上各振子的 纵、横波的信号，然后经过宽带放大器、电子衰减器处理后，进行数据处理和计算，得到“杨 氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比、拉美系数、纵波速度、横波速度、纵波衰减系数、横波 衰减系数”等力学参数。图4、图5、图6、图7所示的分别是接口电路、发射数据、采集数据 以及提供能源的电路原理图。本实用新型可以在高温高压下同时获取岩体的纵波和90度相位差的两相位横 波，并读出其速度和计算出岩体的泊松比及弹性模量。换能器由三个独立振子16组成。如 图3所示，每个振子16按120度分列，其中两个按剪切振动模式振动的振子其灵敏度方向 相差90度，在一个面上产生两个不同方向的剪切横波、纵波振子产生径向纵波，从而产生 三份量波形(X方向、Y方向和Z方向)。如图2所示。每个振子16背面有吸收堆101，以 获得良好的波形；每个振子16强力耐高温的附着在口字型换能器外室15上；每个振子16 的周边具有圆形分隔槽111，使其获得独特的振动边界条件。各振子导线经振子由承压腔引 出，由密封螺栓密封。发射换能器与接收换能器结构相同。本实用新型配合多通道采集与 可视化测试分析装置3可以非常简便的一次性在高温、高压条件下获取被测物体的纵波速 度和双分量差相位的横波速度及加载条件下的衰减量，从而克服了多次实验带来的不一致 性，以准确的计算出被测物体的泊松比和弹性模量等加载力学参数。
权利要求一种智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于包括两组复合换能器(1)、待测装置(2)、多通道采集与可视化测试分析装置(3)，待测装置(2)相对的两个侧面分别设置一组复合换能器(1)，每组复合换能器(1)与待测装置(2)之间设置发射机(4)，每组复合换能器(1)分别通过宽带放大器、电子衰减器与多通道采集与可视化测试分析装置(3)连接。
2.根据权利要求1所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述复合换能器 (1)包括U型承压腔体(11)、承压板(12)、压缩弹簧(13)、口字型换能器外室(15)、三个振 子(16)，U型承压腔体(11)的开口处设置承压板(12)，U型承压腔体(11)内设置口字型换 能器外室(15)，口字型换能器外室(15)通过压缩弹簧(13)与承压板(12)连接，远离压缩 弹簧(13)的口字型换能器外室(15)的内壁上均勻布置三个振子(16)，振子(16)上分别连 接振子导线(17)。
3.根据权利要求2所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述三个振子(16)其中的两个振子的灵敏度方向相差90度。
4.根据权利要求2所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述承压板(12) 上设置至少四个压力螺栓(14)。
5.根据权利要求2所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述承压板(12) 与U型承压腔体(11)之间设置0型密封圈(18)。
6.根据权利要求2所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述振子导线(17)与U型承压腔体(11)之间设置压力螺栓(19)。
7.根据权利要求2所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述每个振子 (16)靠近压缩弹簧(13)的一端分别设置吸收堆(101)。
8.根据权利要求2所述的智能超声横波纵波综合测试仪，其特征在于上述每个振子 (16)的周边设置圆形分隔槽(111)。
专利摘要一种智能超声横波纵波综合测试仪，涉及用于岩体声学性质实验和各种多晶体弹性材料测试的技术领域。本实用新型包括两组复合换能器、待测装置、多通道采集与可视化测试分析装置，待测装置相对的两个侧面分别设置一组复合换能器，每组复合换能器与待测装置之间设置发射机，每组复合换能器分别通过宽带放大器、电子衰减器与多通道采集与可视化测试分析装置连接。本实用新型目的是提供一种结构简单，使用效果好，能够一次性产生一个岩心的纵波和两个不同方向的横波，多次实验一致性好的单纵波双横波速度测试的智能超声横波纵波综合测试仪。
文档编号G01N29/34GK201653999SQ20102010152
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者宦康宁, 田美琴 申请人:宦康宁;田美琴