地質樣品中的材料音速與衰減

地質樣品中的材料音速與衰減

使用超音波探傷儀檢測

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應用

地質樣品(例如岩石和礦物)中的超音波速度和衰減測量。


背景

超音波探傷技術已經被用來定義地質材料的機械性能。具體而言,這些技術已用於量化材料的物理參數,例如硬度,彈性模量和晶粒結構。這些技術也已用於在實驗室條件下監測土壤或沙子的壓實度。這些測試可以使用低頻直束探頭,在具有兩個平坦的表面上進行。通常在遠低於超音波範圍的頻率下進行現場測試。

使用設備

可以使用Olympus EPOCH 650探傷儀或相關儀器進行測試。在縱波和橫波模式下都使用成對的低頻接觸式探頭。根據測試材料的聲學特性和樣品尺寸,在一般情況下使用專用特殊探頭,常使用1 MHz以下的頻率。頻率的選擇應能提供足夠的穿透力,同時提供完整的波形。



檢測程序

樣品可以製備成各種形狀和尺寸,只要它們具有兩個平坦且平行的表面即可。通常加工成圓柱體或塊,厚度範圍約為2英寸(50毫米)到10英寸(250毫米)。樣品直徑或寬度應大於所使用探頭晶片尺寸。由於大多數地質材料具有高衰減或高散射性,因此常使用單一晶片探頭做投捕法量測。將儀器的脈衝產生器設置為投捕模式,並調整增益和濾波以獲得最佳訊號。在直束測試中,可以將兩個探頭接觸在一起並將該信號用作零點來確定探頭延遲。


超音波傳播時間可以使用探傷儀、示波器或連接到脈衝產生器/接收器的相關設備進行測量。探傷儀軟體還可以計算速度並進行測量。

          

使用EPOCH 650探傷儀,探頭為兩個V102-SB縱波探頭和兩個V152-RB橫波探頭(均為1 MHz,直徑為1英寸)測試3.75英寸(95毫米)砂岩中的單程通過時間。

測得的速度以及材料密度可用於計算彈性模量。使用已知條件的參考樣品,通過實驗確定衰減、晶粒結構或微裂紋等物理性質的相關性。