Описание лабораторной установки

Измерение скоростей продольных и поперечных волн в горных породах производится на массивной мраморной плите.

Для измерения скоростей  и  используется ультразвуковой прибор , упрощенная блок-схема которого показана на рис.1.2. Принцип измерения  и  данным прибором следующий.

Задающий генератор 7 запускает генератор импульсов 8, который выдает прямоугольный импульс, поступающий после усиления на пьезоэлектрический излучатель . Излучатель преобразует электрический сигнал в акустический импульс, распространяющийся в образце 1 и поступающий через время  (где – длина образца) на приемник П, преобразующий акустический импульс в электрический. Электрический сигнал через аттенюатор 2 (калиброванный делитель) и усилитель 3 поступает на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Одновременно с запуском генератора импульсов, задающий генератор, через линию задержки 6 и 5 запускает генератор ждущей развертки 4, пилообразное напряжение которого поступает на горизонтальные пластины ЭЛТ. При отсутствии задержки в блоке задержки (t ₃=0) в момент начала работы излучателя акустический сигнал, распространяясь в образце, приходит к приемнику, преобразуется в электрический сигнал, поступающий на вертикальные пластины ЭЛТ с задержкой относительно момента  на время распространения в образце .

Рис.1.2. Блок-схема УКБ-1М.

При введении задержки в цепь ждущей развертки с помощью блоков задержки (плавной 5 и ступенчатой 6), равной времени задержки акустического сигнала при распространении в образце , генератор развертки будет начинать работать лишь в момент прихода акустического импульса к приемнику, т.е. на экране ЭЛТ начало развертки будет совпадать с началом акустического импульса. Следовательно, при известной базе измерения скорость упругой волны будет равна

                                  .                   (1.7)

Для измерения скорости распространения продольной волны используются прямые преобразователи (излучатель и приемник). Возбуждение и прием поперечных волн осуществляются наклонными искателями, представляющими собой пьезоэлектрический преобразователь, колебания которого вводятся под углом, большим критического угла, с помощью треугольной призмы из оргстекла (рис. 1.3,б). Время распространения поперечных волн определяется по формуле

                                                      ,                             (1.8)

где  - длина пробега волн в призме;

     - скорость в материале призмы,  < .

Местоположение приемного наклонного преобразователя относительно закрепленного на противоположной грани образца наклонного излучателя  определяется по максимуму амплитуды импульса поперечной волны (см. рис. 1.2,б) приблизительно под углом 45^° относительно грани образца.

              а)                                                б)

Рис.1.3. Определение критических углов (а) и схема наклонного пьезопреобразователя сдвиговых волн (б).

Для четкого определения начала первого вступления поперечной волны, после определения направления максимального излучения этой волны необходимо, плавно поворачивая, преобразователь вокруг своей оси на небольшой угол, добиться четкой картины изменения фазы волнового импульса в месте начала первого вступления поперечной волны (см. рис. 1.4,б).

    а)                                                          б)

Рис.1.3.Определение положения первого вступления сдвиговой волны.