《新巖石聲波》PPT課件

1、巖石聲波 實(shí)驗(yàn),巖石聲波 實(shí)驗(yàn),聲波巖石參數(shù)測(cè)定儀,隨著超聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)的研制出了各種探測(cè)儀器，應(yīng)用于巖體（巖石）超聲探測(cè)的儀器和設(shè)備，它是以巖石力學(xué)特性為基礎(chǔ)，研究聲波或超聲波在巖體（巖石）的傳播規(guī)律，借以了解巖體（巖石）的動(dòng)彈力學(xué)狀態(tài)及其結(jié)構(gòu)特征。目前國(guó)內(nèi)外的探測(cè)儀器種類甚多，性能也各不相同，但它們的基本原理都大同小異。大體上具有發(fā)射、接收和記錄（顯示）三個(gè)系統(tǒng)，以及“電聲”轉(zhuǎn)換及“聲電”轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其工作的基本方法也不外乎如圖所示,發(fā)射 系統(tǒng),樣 品,接收 放大 系統(tǒng),記錄 顯示 系統(tǒng),分解 折析 系統(tǒng),1,2,1.發(fā)射換能器,2.接收換能器,儀器測(cè)量工作原理方框圖,換能器的工作原

2、理,一）構(gòu)造原理,儀器的發(fā)射、接收兩大部分，由多諧振蕩器進(jìn)行同步控制工作。每個(gè)振動(dòng)周期有一觸發(fā)信號(hào)輸出，它同時(shí)控制“發(fā)射延時(shí)”和“掃描延時(shí)”工作?！鞍l(fā)射延時(shí)”將觸發(fā)信號(hào)延時(shí)一段時(shí)間后輸出給發(fā)射系統(tǒng)，讓發(fā)射機(jī)工作，同時(shí)讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)?！皰呙柩訒r(shí)”將鋸齒波掃描經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，以便接收放大的波形能呈現(xiàn)在示波管屏幕上。這個(gè)尖脈沖信號(hào)同時(shí)加到計(jì)數(shù)器，做計(jì)數(shù)器的關(guān)門信號(hào)，以便讀到某一波形的到達(dá)時(shí)間t0 發(fā)射系統(tǒng)：其電路原理框圖如圖所示。其發(fā)射脈沖幅度分兩擋，連續(xù)可調(diào)，最低幅值80V，最高可達(dá)1000V，脈沖寬度為0.25微秒。當(dāng)接收系統(tǒng)的同步信號(hào)到來(lái)后，“單穩(wěn)”輸出一寬度可調(diào)的矩形脈沖，其經(jīng)放大后，加在

3、換能器的晶體上，引起壓電晶體的機(jī)械振動(dòng),輸入級(jí),電流 放大,單 穩(wěn),脈沖 放大,同步信號(hào)輸入,至發(fā) 射換 能器,電路原理方框圖,SYC3 儀器前面板部件,SYC3 儀器后面板部件,巖石樣品,將動(dòng)時(shí)標(biāo)調(diào)至被測(cè)點(diǎn)的右側(cè)，然后再慢慢向左移，將時(shí)標(biāo)前沿對(duì)準(zhǔn)被測(cè)位置，這樣時(shí)標(biāo)不陡的后沿引起的波形畸變不至于干擾被測(cè)波形的識(shí)別。如圖,被測(cè)時(shí)間,利用時(shí)標(biāo)測(cè)量走時(shí),HF-D型智能超聲儀,構(gòu)造原理,HFD型智能聲波儀是由雙路超聲波儀器主機(jī)、計(jì)算機(jī)及打印機(jī)等組合而成的智能化儀器。其可顯示單通道和雙通道波形、衰減量、聲時(shí)、首波幅度、頻率等聲學(xué)參數(shù)。波形和數(shù)據(jù)均可存儲(chǔ)、打印。測(cè)井時(shí)可繪制深度聲速及深度幅度曲線。該儀器可

4、用于巖石、陶瓷、橡膠等固體介質(zhì)的超聲測(cè)量；檢測(cè)混凝土構(gòu)件、樁基的孔洞、裂縫等缺陷以進(jìn)行其強(qiáng)度的綜合評(píng)定,主要技術(shù)性能,1工作頻率范圍：100HZ 1MHZ 2時(shí)間測(cè)讀范圍：0.1微秒 6500微秒 3時(shí)間讀出精度：0.1微秒（采樣頻率10MHz） 4讀出方法選擇：手動(dòng)自動(dòng) 5TO 消除范圍： 0 200微秒 6發(fā)射電壓選擇：200V、500V、1000V,7衰減調(diào)節(jié)范圍：0 80db 8衰減步級(jí)：1db 9. 采集方式：?jiǎn)未尾蓸踊蜻B續(xù)采樣，波形連續(xù) l0. 避免強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾,HF-D儀器面板部件,HF-D型聲波儀的電氣原理圖,操作步驟,程序安裝后，桌面有HFD圖標(biāo)，雙擊圖標(biāo)就能進(jìn)入超聲儀操作程

5、序。使用前，需把計(jì)算機(jī)內(nèi)的IP地址設(shè)置為192.168.0.123 ，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0 。 將主機(jī)后面板網(wǎng)線插口上插入網(wǎng)線水晶頭，網(wǎng)線另一端水晶頭與計(jì)算機(jī)網(wǎng)口相連，完成主機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接,計(jì)算機(jī)網(wǎng)口,主機(jī)面板三只換能器插口從左到右分別為一通道接收換能器輸入插口；二通道接收換能器輸入插口；發(fā)射換能器輸出插口。按照測(cè)試的需要接好不同類型的換能器。即可開啟主機(jī)電源、計(jì)算機(jī)電源（需打印時(shí)接好打印機(jī)電源和計(jì)算機(jī)之間的打印連線），雙擊計(jì)算機(jī)HFD圖標(biāo)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集方框，進(jìn)入數(shù)據(jù)、波形顯示圖面。等待約20秒鐘，讓程序進(jìn)行初始化,巖石樣品,根據(jù)測(cè)試使用的換能器，確定和消除T0（一發(fā)雙收換能

6、器除外）。將換能器涂上黃油或凡士林后對(duì)壓緊，按擊該通道衰減使db值從40改為75db，點(diǎn)擊采集方框數(shù)次，獲取一波形中光標(biāo)的首波聲時(shí)值S ，記住該值即為該通道的系統(tǒng)T0值，二通道同理操作，按照測(cè)試的要求，點(diǎn)擊參數(shù)設(shè)定方框，設(shè)定菜單內(nèi)的參數(shù),消除干擾設(shè)定”： 在測(cè)試中有時(shí)在從0點(diǎn)到首波起點(diǎn)范圍內(nèi)有干擾，影響自動(dòng)讀數(shù)，此時(shí)可以用該方法消除這些干擾。例如：首波讀時(shí)在0微秒到180微秒之外，可以輸入一個(gè)1750的數(shù)值在消除干擾設(shè)定的框內(nèi)，這樣在 0 175 微秒內(nèi)的干擾將不影響儀器的正確讀數(shù)（該值必須大于2微秒）。該設(shè)定在開機(jī)時(shí)設(shè)置為500，即 0 50 微秒內(nèi)的干擾將不影響儀器的正確讀數(shù)。當(dāng)首波聲時(shí)小

7、于50微秒時(shí)，該值要調(diào)整至小于500,存盤長(zhǎng)度”： 在貯存波形時(shí)，我們往往不需要首波后面衰減震蕩的疊加減波形，只需要首波后面的幾個(gè)或幾十個(gè)周期的波形即可，這樣可用此程序鎖定存盤的范圍，少占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量。設(shè)定的長(zhǎng)度為時(shí)間 微秒,首波開門電平”： 在自動(dòng)測(cè)試和記錄采集的數(shù)據(jù)和波形時(shí)，往往對(duì)首波的振幅有一定的范圍限制，可用此值確定首波自動(dòng)關(guān)門電平的確認(rèn)波，即當(dāng)測(cè)試首波幅度要大于該值時(shí)儀器才認(rèn)定為首波。開機(jī)設(shè)定為20,一通道T0 、二通道T0”： 開機(jī)時(shí)為0其單位為0.l微秒，把您測(cè)試好的T0值分別輸入,一通道試件長(zhǎng)度、二通道試件長(zhǎng)度”： （開機(jī)時(shí)為1）單位為毫米。（專用儀器單位為0.01毫米）

8、，把您測(cè)試的收、發(fā)換能器之間的中心距離用尺量好分別輸入（即測(cè)試試件的長(zhǎng)度,發(fā)射電壓”： 當(dāng)您測(cè)試距離加大或增益不夠使用時(shí)，調(diào)整到500V或l000V,探頭類型”： 開機(jī)時(shí)為低頻（100KHz以下）； 中頻（100KHz500KHz）；高頻500 KHz以上。 根據(jù)使用換能器的頻率確認(rèn),一發(fā)雙收狀態(tài)”： 該狀態(tài)為采用一根換能器上有一發(fā)射雙接收振子在同一孔中測(cè)試介質(zhì)層位參數(shù)時(shí)專用。在該狀態(tài)時(shí)第二通道X值為第二通道的測(cè)試點(diǎn)聲時(shí)值減去第一通道的測(cè)試點(diǎn)聲時(shí)值的差,平滑參數(shù)”： 由儀器設(shè)定,發(fā)射狀態(tài)”： 開機(jī)為單次發(fā)射。也可以改為連續(xù)發(fā)射。外觸發(fā)空,深度參數(shù)”： 該程序?yàn)榭缈诇y(cè)樁和一發(fā)雙收測(cè)孔時(shí)專用，其中

9、放線方向從上到下和從下到上，分別指換能器上下放置的方向。從地面向下放時(shí)為從上到下。從孔底向上提升測(cè)試時(shí)是從下到上（一個(gè)發(fā)射兩個(gè)接收一次性測(cè)三個(gè)剖面時(shí)使用）?！俺跏忌疃取钡母拍钍侵笜额^或從地表面向下不需要測(cè)試的范圍?！伴g距”是指換能器每次放置的距離，而兩個(gè)換能器間的間隔距離輸入在通道的試件長(zhǎng)度框內(nèi)，兩者不同,顯示方法”： 連線顯示。顯示的波形是計(jì)算機(jī)連畫的。當(dāng)需要精確到0.1微秒測(cè)量時(shí)，可以改變成點(diǎn)顯示。配合顯示壓縮為1。則光標(biāo)每移動(dòng)1個(gè)點(diǎn)。變化0.1微秒。 “反向顯示”： 當(dāng)兩換能器測(cè)試到的首波波形是負(fù)相位時(shí)。開啟反相顯示（因儀器自動(dòng)讀數(shù)首波波形為正相位,打印機(jī)參數(shù)”： 開機(jī)設(shè)定為佳能80彩噴

10、機(jī)?？梢宰孕姓{(diào)整。 前景色、背景色，開機(jī)時(shí)背景色為黃色，前景色為黑色,保存當(dāng)前參數(shù)。參數(shù)設(shè)定不變后按下按鈕保存，再確定即可。按圖六菜單進(jìn)行測(cè)試操作。設(shè)定完成后，點(diǎn)擊保存當(dāng)前參數(shù)。點(diǎn)擊確定，輸入?yún)?shù)完成,按照測(cè)試的要求放置好換能器，調(diào)整衰減量按鈕，增大或減少衰減量。衰減量數(shù)字增大時(shí)接收的波形減小。反之波形增 大。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕兩次，獲取最佳的數(shù)據(jù)和波形,調(diào)節(jié)顯示壓縮的數(shù)值可改變顯示波形的寬度，數(shù)值越小波形拉的越寬；反之波形壓縮。改變顯示壓縮的值后，再點(diǎn)擊采集按鈕，即改變波形的顯示,2,248,單位是0.1s,482,若需要存盤文件，點(diǎn)擊設(shè)定文件名，輸入文件編號(hào)，點(diǎn)擊保存，確定文件編號(hào)，再按需要

11、點(diǎn)擊保存數(shù)據(jù)或保存數(shù)據(jù)和波形按鈕，這樣數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)波形即被保存，一個(gè)測(cè)點(diǎn)就結(jié)束。可進(jìn)行下一個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試，直到測(cè)試任務(wù)結(jié)束。點(diǎn)擊關(guān)閉，退出測(cè)試菜單,數(shù)據(jù)瀏覽與分析 點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)瀏覽與分析,點(diǎn)擊打開文件。打開采集到的存盤文件，（一般在C:HFD目錄下），打開文件后就能看到左邊的列表顯示每個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)編號(hào)，移動(dòng)并點(diǎn)擊某個(gè)測(cè)點(diǎn)，可以看到該測(cè)點(diǎn)詳細(xì)的數(shù)據(jù)和波形。用戶可以修改方框內(nèi)的數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)保存。其中發(fā)射電壓、顯示比例、當(dāng)前位置、波形存儲(chǔ)長(zhǎng)度不能修改,C: HF-D sy-8,1 -5 2 -4.7 3 -4.4 4 -4.1 5 -3.8 6 -3.5 7 -3.2 8 -2.9 9 -2.6 10 -2

12、.3 11 -2.0 12 -1.7 13 -1.4 14 -1.1 15 -0.8 16 -0.5 17 -0.2 18 0.1 19 0.4 20 0.7 21 1 22 1.3 23 1.6 24 1.9 25 2.2 26 2.5 27 2.8 28 3.1 29 3.4,0,128,21 1,C: HF-D sy-8,1 -5 2 -4.7 3 -4.4 4 -4.1 5 -3.8 6 -3.5 7 -3.2 8 -2.9 9 -2.6 10 -2.3 11 -2.0 12 -1.7 13 -1.4 14 -1.1 15 -0.8 16 -0.5 17 -0.2 18 0.1 19

13、0.4 20 0.7 21 1 22 1.3 23 1.6 24 1.9 25 2.2 26 2.5 27 2.8 28 3.1 29 3.4,0,128,21 1,根據(jù)需要可以進(jìn)行下列操作： 用戶需要打印光標(biāo)指示的某測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)和波形。按下“打印數(shù)據(jù)或打印數(shù)據(jù)波形”按鈕，彈出打印機(jī)設(shè)置菜單，按照您配置的打印機(jī)機(jī)型和打印范圍及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置完成后點(diǎn)擊確定。打印機(jī)打印出該點(diǎn)的全部數(shù)據(jù)和存盤的波形,多波形：多波形分析，指對(duì)一組數(shù)據(jù)中每十個(gè)測(cè)點(diǎn)的波形同時(shí)在一幅圖案中顯示。以便觀察它的首波和整個(gè)波形的規(guī)律。方法是在“數(shù)據(jù)瀏覽”中點(diǎn)擊打開文件，點(diǎn)擊所需要觀察的一組數(shù)據(jù)文件編號(hào)。點(diǎn)擊打開，再點(diǎn)擊“多

14、波形”按鈕。即可看到該組從0到第十個(gè)測(cè)點(diǎn)的波形,C: HF-D sy-8,1 -5 2 -4.7 3 -4.4 4 -4.1 5 -3.8 6 -3.5 7 -3.2 8 -2.9 9 -2.6 10 -2.3 11 -2.0 12 -1.7 13 -1.4 14 -1.1 15 -0.8 16 -0.5 17 -0.2 18 0.1 19 0.4 20 0.7 21 1 22 1.3 23 1.6 24 1.9 25 2.2 26 2.5 27 2.8 28 3.1 29 3.4,0,128,21 1,若需要繼續(xù)第十一、十二 .個(gè)測(cè)點(diǎn)的觀察，可以按右邊框的鈕上下移動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)文件,C: HF-

15、D sy-8,1 -5 2 -4.7 3 -4.4 4 -4.1 5 -3.8 6 -3.5 7 -3.2 8 -2.9 9 -2.6 10 -2.3 11 -2.0 12 -1.7 13 -1.4 14 -1.1 15 -0.8 16 -0.5 17 -0.2 18 0.1 19 0.4 20 0.7 21 1 22 1.3 23 1.6 24 1.9 25 2.2 26 2.5 27 2.8 28 3.1 29 3.4,0,128,21 1,數(shù)據(jù)導(dǎo)出：用戶可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到execl。方法是在“數(shù)據(jù)瀏覽”中，點(diǎn)擊“打開文件”后再點(diǎn)擊需要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件編號(hào)，點(diǎn)擊后再點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)導(dǎo)出”按鈕。在“請(qǐng)

16、選擇需要導(dǎo)出的字段”中按需要在數(shù)據(jù)框中打。然后點(diǎn)擊“導(dǎo)出”按鈕，數(shù)據(jù)按順序列表導(dǎo)出,按“退出系統(tǒng)”按鈕退出儀器。實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，按注意事項(xiàng)關(guān)閉計(jì)算機(jī)和主機(jī)，并拔下電源插座，收好換能器及配件，以便下次使用,注意事項(xiàng) 1使用儀器時(shí)應(yīng)先了解該設(shè)備的性能和操作方法； 2嚴(yán)禁發(fā)射電壓直接加入輸入端，否則機(jī)器將損壞； 3防止電腦病毒，確保無(wú)病毒的軟件才可在本儀器上使用；一般不允許自帶軟件在本機(jī)上使用； 4退出超聲波儀器程序后，方可關(guān)機(jī)?；蛑匦聠?dòng)機(jī)器。開機(jī)先開主機(jī)、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、關(guān)機(jī)則相反。不允許帶電拔插頭； 5請(qǐng)勿改動(dòng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的操作程序。請(qǐng)勿用調(diào)試工具對(duì)軟件進(jìn)行分析或軟件改動(dòng)，以免造成 嚴(yán)重后果； 6

17、開機(jī)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集程序后，應(yīng)等待20秒鐘后進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。否則屏幕顯示“與主機(jī)通訊失敗”，此時(shí)可消除提示，若網(wǎng)線未聯(lián)好，則提示無(wú)法消除，則需要檢查網(wǎng)線是否聯(lián)好； 7每次發(fā)射電壓由高調(diào)低時(shí)應(yīng)多采集幾次以保證數(shù)據(jù)的正確性； 8請(qǐng)勿擅自拆開主機(jī),巖石波速的測(cè)量,一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?室內(nèi)巖石樣品的測(cè)量是野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)。熟練使用聲波儀，掌握波速測(cè)量的方法，學(xué)會(huì)正確識(shí)別縱波及橫波,三）原理及裝置： 大多數(shù)巖石，都服從基于線性理論的虎克定律，即小的形變與所施加的載荷成正比。在巖石介質(zhì)中，超聲波的傳播遵循彈性波動(dòng)方程。從而可得到兩部分，無(wú)旋波和等體積波即縱波（波）和橫波（波）。超聲波實(shí)質(zhì)上就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)在介

18、質(zhì)中傳播的過(guò)程。如何產(chǎn)生振動(dòng)，我們采用壓電陶瓷，用聲波儀產(chǎn)生高頻電脈沖激發(fā)壓電陶瓷片，使它產(chǎn)生機(jī)械波即振動(dòng)，這振動(dòng)經(jīng)探頭與樣品間的耦合層后，在介質(zhì)中傳播，到達(dá)樣品的另一端時(shí)，被接收探頭接收，接收探頭反之將此振動(dòng)又轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)送入聲波儀中，這脈沖發(fā)射與接收間的時(shí)差由一高精度的時(shí)間測(cè)量裝置測(cè)出，扣除波在探頭于樣品間的耦合層中的傳播時(shí)間，即得到波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間，從而得到介質(zhì)的波速,測(cè)量彈性波速度的方法基本分為三類：共振法、脈沖法（pulse transmission）和干涉法（ultrasonic interferometry）。其應(yīng)用范圍和測(cè)量精度如下,表中：L -樣品長(zhǎng)度，f -諧振頻率

19、，n -整數(shù)（n=1,2,3），t -時(shí)間，-聲波往返滯后時(shí)間,當(dāng)超聲波的波長(zhǎng)比研究的物體小許多時(shí)，物體可近似地看作無(wú)界的，可以證明，任意擾動(dòng)產(chǎn)生的初動(dòng)在介質(zhì)中以縱波速度VP或橫波速度VS傳播。因此，我們可以將兩個(gè)超聲波探頭放置在樣品的兩個(gè)端面上，當(dāng)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高壓電脈沖信號(hào)加在發(fā)射探頭上時(shí)，探頭受到激發(fā)，產(chǎn)至一個(gè)瞬態(tài)的振動(dòng)（P波或者S波取決于探頭的振動(dòng)方式），該振動(dòng)經(jīng)過(guò)探頭與樣品間的耦合后，在介質(zhì)中傳播，到達(dá)樣品另一端時(shí)，被接收探頭所收到。脈沖發(fā)生時(shí)間與接收時(shí)間之差T 被一高精度的時(shí)間測(cè)定儀測(cè)出，扣除波在探頭與樣品間耦合層中傳播的時(shí)間T0后，即得到波在介質(zhì)中傳播的時(shí)間Tt ： Tt =

20、T - T0 波速可以由樣品長(zhǎng)度與Tt 之商給出： V = L / Tt,超聲脈沖法,巖 樣,發(fā)射探頭,接收探頭,國(guó)際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)推薦的脈沖法測(cè)量波速的方框圖,脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電壓脈沖同時(shí)用來(lái)觸發(fā)示波器掃描、巖石樣品上的發(fā)射探頭和觸發(fā)時(shí)標(biāo)發(fā)生器工作。經(jīng)常采用雙線示波器，一條線記錄接收探頭接收到的信號(hào)，另一條記錄通過(guò)延時(shí)器后的發(fā)射信號(hào)。調(diào)節(jié)延時(shí)器的延時(shí)長(zhǎng)度，使示波器上顯示的兩個(gè)記錄波形的初動(dòng)對(duì)齊，這時(shí)，延時(shí)器的“延時(shí)”就等于波傳播的時(shí)間。圖中的電子計(jì)數(shù)器用作“時(shí)間間隔測(cè)定”用，發(fā)射脈沖使其開始計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò)前置放大器的接收信號(hào)使其停止計(jì)數(shù)，它的計(jì)數(shù)是與傳播時(shí)間成比例的。這樣測(cè)出的時(shí)間是上式中的T ，

21、關(guān)于波在探頭及耦合層中傳播的時(shí)間可以將兩個(gè)探頭直接接觸予以測(cè)定。 實(shí)驗(yàn)中選取適當(dāng)?shù)奶筋^和最佳的脈沖激發(fā)頻率是十分重要的。我們知道，表征探頭的兩個(gè)主要參數(shù)是它的諧振頻率和阻尼。如果一個(gè)電壓脈沖加在發(fā)射探頭上、脈沖前沿產(chǎn)生的振動(dòng)與脈沖后沿產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)互相干涉。當(dāng)改變發(fā)射脈沖寬度時(shí)會(huì)得到很復(fù)雜的結(jié)果。如果脈沖寬度過(guò)窄，則前沿產(chǎn)生的振動(dòng)還未達(dá)到最大振幅，就被后沿產(chǎn)生的振動(dòng)抵消了。如果發(fā)射脈沖寬度很寬，前沿和后沿的波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的干涉。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)脈沖寬度等于探頭諧振周期的0.6-0.8倍時(shí)，效果較好,脈沖法的主要問(wèn)題在于如何精確地測(cè)量脈沖在樣品中傳播的走時(shí)。無(wú)論加在發(fā)射探頭上的電壓脈沖多么尖銳，探頭總

22、是逐漸開始振動(dòng)的，如果探頭的阻尼大，則起振慢，振動(dòng)衰減快。反之亦然。而接收到的脈沖也總是逐漸上升的，因此，很難精確地測(cè)量接收到達(dá)的準(zhǔn)確時(shí)刻。超聲脈沖法測(cè)量精度約在1%-3%之間。 在接收到的波形中，初動(dòng)后面跟著一個(gè)較長(zhǎng)的波列。而脈沖法中，只利用了這個(gè)波列的初至?xí)r刻這樣一個(gè)信息，能否從這個(gè)波列中提取更多的信息，以改善測(cè)量精度呢？為此提出了許多其它方法。值得指出的是，盡管脈沖法精度（特別是測(cè)量的絕對(duì)精度）不算高，但由于其簡(jiǎn)單方便，至今仍被廣泛地應(yīng)用著。 (2)脈沖回聲法 脈沖法中利用超聲脈沖的干涉是一種精度很高的方法，它特別適用于小樣品的波速測(cè)量以及研究彈性參數(shù)與溫度的依賴關(guān)系。遺憾的是，這種方法

23、使用的電子設(shè)備過(guò)于復(fù)雜。脈沖回聲法是比伯奇等使用的脈沖法改進(jìn)了的一種方法，這種方法使用的設(shè)備方框圖如圖,10兆赫的晶體振蕩器產(chǎn)生的正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)三級(jí)分頻器（原始振蕩頻率被分頻為：1兆赫，50千赫，2千赫）后，將2千赫的信號(hào)送至示波器x軸，使其觸發(fā)掃描，重復(fù)周期為500微秒，這2千赫的信號(hào)同時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)3-5微秒的延遲電路后，觸發(fā)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)幅度為125-150伏的電壓脈沖，該電壓脈沖由脈沖發(fā)生器的一個(gè)振蕩槽路輸出，使10兆赫的壓電晶體產(chǎn)生振動(dòng)。發(fā)射波形和接收到的回聲信號(hào)都經(jīng)過(guò)前置放大器，再由接收器加以放大。前置放大器上裝有鍺二極管作成的嵌位電路，對(duì)于幾百伏的發(fā)射信號(hào)，該嵌位線路的增益約

24、為0.01，而對(duì)于接收到的反射回聲信號(hào)，增益卻為0.96，也就是說(shuō)，該線路只為回聲信號(hào)提供通路，而使發(fā)射信號(hào)急劇衰減，以便兩種信號(hào)的幅度不致差別過(guò)大，這樣可以同時(shí)在示波器上顯示出來(lái)。 接收器實(shí)際上是一個(gè)中心頻率為10兆赫；帶寬為4兆赫的帶通放大器，它可以有效地放大接收信號(hào)，并壓制其他干擾信號(hào)。圖中儀器系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的振動(dòng)波形如圖所示,在示波器上，可以看到如圖的波形。兩個(gè)相鄰回聲信號(hào)的時(shí)間間隔(上圖中以T表示)可以通過(guò)判讀示波器照片或用時(shí)間測(cè)定儀測(cè)出，測(cè)量精度可達(dá)10-3，樣品的厚度L可以用千分表測(cè)準(zhǔn)至10-3毫米，于是波速V可以求出：V=2L/T 這種測(cè)量的精度約為0.5以上，為什么脈沖回聲法能比

25、脈沖法測(cè)量精度高呢？在脈沖法中，波動(dòng)在樣品與探頭間的耦合層中傳播需要時(shí)間t0，實(shí)際波在樣品中的傳播時(shí)間需要從實(shí)測(cè)時(shí)間中扣除2t0 ，t0一般難于精確測(cè)量，而且耦合層在壓力，溫度變化情況下，其幾何參數(shù)和彈性參數(shù)往往變化。也就是說(shuō)，即使在某一條件下已精確地測(cè)定t0以后，在另一些條件下，t0還會(huì)發(fā)生變化。因此，耦合層的影響是脈沖法精度不高的主要原因，而在脈沖回聲法中我們計(jì)算的是相鄰兩個(gè)回聲之間的時(shí)間間隔，耦合層對(duì)兩個(gè)回聲到時(shí)的影響是相同的，因此，測(cè)定兩回聲的間隔，完全扣除了耦合層的影響，這是脈沖回聲法精度高于脈沖法的主要原因,圖915 脈沖法和回聲法測(cè)量精度的比較 發(fā)射探頭， 2耦合層L 8巖石樣品

26、， 4耦合層， 6接收探頭， f波在巖石中單程傳播時(shí)間 干涉法 用超聲干涉法測(cè)量波速的優(yōu)點(diǎn)是：可以測(cè)量尺度甚小樣品中的波速(如1X1X0.5厘米3)，測(cè)量精度幾乎完全由樣品尺度測(cè)量精度所限定（該方法在測(cè)量彈性波傳播時(shí)間方面的精度遠(yuǎn)此幾何尺寸測(cè)量精度為高），在幾種測(cè)量波速方法中，這種方法精度最高。 這種方法的興起大約在50年代初期，為了精確地測(cè)定巖石和礦物的彈性常數(shù)，特別是對(duì)于尺寸較小的樣品，波速測(cè)量幾乎是唯一的方法。這個(gè)方法最早是貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的麥克斯克明首先應(yīng)用的，后來(lái)，許多人都采用了這個(gè)方法測(cè)量波速，并且作了改進(jìn)(Schreiber，1966，Anderson，1966)。干涉法細(xì)分為相位比較法和脈沖迭加法兩種，本節(jié)僅就后者作簡(jiǎn)單介紹。這種方法的原理可以用圖916的方框圖來(lái)說(shuō)明。 圖916 測(cè)量彈性波速的脈沖迭加法方框圖,本方法的關(guān)鍵電子設(shè)備是脈沖重復(fù)振蕩器(Pulse Repetition Oscillator PRF)。射頻(Radio Frequencyrf)振蕩器產(chǎn)生8130兆赫可調(diào)的