本實(shí)用新型涉及一種巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)裝置，屬超聲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)是巖石物理學(xué)科測(cè)量巖石物理特性的一種基本實(shí)驗(yàn)手段。當(dāng)超聲波經(jīng)過被測(cè)巖樣時(shí)，它的波速、波幅、波形及頻譜等聲學(xué)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，通過對(duì)比超聲波經(jīng)過被測(cè)巖樣前后的波形變化，可以間接的獲取巖石介質(zhì)的物理力學(xué)特性。超聲換能器是超聲實(shí)驗(yàn)裝置的重要組成部分，它能將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，也可以將高頻電脈沖轉(zhuǎn)換成超聲聲波信號(hào)。在進(jìn)行巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用一對(duì)主頻一致的超聲換能器，一個(gè)作為超聲發(fā)射換能器，另一個(gè)作為超聲接收換能器，分別通過耦合劑與巖石樣品耦合接觸。

傳統(tǒng)的測(cè)試方法是靠人工手動(dòng)測(cè)試，即每只手控制一個(gè)超聲換能器，使其與被測(cè)巖樣接觸良好。人工手動(dòng)測(cè)試時(shí)，不能保證重復(fù)測(cè)試時(shí)換能器與被測(cè)巖樣的耦合程度一致，此外用手控制換能器會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)干擾，用力方向與被測(cè)巖樣表面不垂直等都會(huì)造成多次測(cè)量的條件不一致。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，針對(duì)人工手動(dòng)測(cè)試巖樣時(shí)，不能保證多次測(cè)量實(shí)驗(yàn)條件一致的問題，本實(shí)用新型提出一種巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置不需要手動(dòng)控制換能器，能夠消除人為干擾因數(shù)，使實(shí)驗(yàn)條件的一致性更好。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)裝置，包括超聲發(fā)射換能器、超聲接收換能器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、彈簧、超聲發(fā)射儀、示波器、步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)和PC機(jī)。

超聲發(fā)射換能器的一端和超聲接收換能器的一端分別正對(duì)接觸被測(cè)巖樣相向的兩端；超聲發(fā)射換能器的另一端連接第一壓力傳感器；超聲接收換能器的另一端連接第二壓力傳感器；第二壓力傳感器的另一端緊靠墻面；第一壓力傳感器的另一端通過彈簧連接步進(jìn)電機(jī)；超聲發(fā)射儀的一個(gè)輸出端連接超聲發(fā)射換能器，另一輸出端連接示波器；超聲接收換能器的一輸出端連接示波器的輸入端口；單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的輸出端連接單片機(jī)的輸入接口；單片機(jī)與PC機(jī)通過串口連接；PC機(jī)與示波器通過USB通信接口互聯(lián)。

所述超聲發(fā)射儀產(chǎn)生100V的窄脈沖信號(hào)。

所述超聲發(fā)射換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲信號(hào)發(fā)出，超聲接收換能器將接收到的超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送到示波器顯示，示波器使用來自超聲發(fā)射儀輸出的同步信號(hào)，作為外部觸發(fā)信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：該裝置采用步進(jìn)電機(jī)和壓力傳感器來控制換能器與測(cè)試樣品之間的耦合程度，保證了實(shí)驗(yàn)條件的一致性，大大降低了人為因素的干擾；該裝置具有一定的自動(dòng)化功能，不再需要實(shí)驗(yàn)人員的雙手參與控制換能器與被測(cè)巖樣的耦合程度，減輕了實(shí)驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度，降低了實(shí)驗(yàn)難度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1是超聲發(fā)射換能器；2是超聲接收換能器；3是第一壓力傳感器；4是第二壓力傳感器；5是彈簧；6是超聲發(fā)射儀；7是示波器；8是步進(jìn)電機(jī)動(dòng)；9是單片機(jī)；10是PC機(jī)；11是被測(cè)巖樣。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式如圖1所示。

本實(shí)施例一種巖石物理超聲實(shí)驗(yàn)裝置，包括超聲發(fā)射換能器1、超聲接收換能器2、第一壓力傳感器3、第二壓力傳感器4、彈簧5、超聲發(fā)射儀6、示波器7、步進(jìn)電機(jī)8、單片機(jī)9和PC機(jī)10。

超聲發(fā)射換能器1的一端和超聲接收換能器2的一端分別接觸被測(cè)巖樣11相對(duì)的兩端面；超聲發(fā)射換能器1的另一端連接第一壓力傳感器3；超聲接收換能器2的另一端連接第二壓力傳感器4；第二壓力傳感器4的另一端緊靠墻面；第一壓力傳感器3的另一端通過彈簧連接步進(jìn)電機(jī)8；超聲發(fā)射儀6的一個(gè)輸出端連接超聲發(fā)射換能器1，另一輸出端連接示波器7；超聲接收換能器2的一輸出端連接示波器7的輸入端口；單片機(jī)9控制步進(jìn)電機(jī)8的動(dòng)作，第一壓力傳感器3和第二壓力傳感器4的輸出端連接單片機(jī)9的輸入接口；單片機(jī)9與PC機(jī)10通過串口連接；PC機(jī)10與示波器7通過USB通信接口互聯(lián)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)裝置的工作步驟如下：

步驟一：給超聲發(fā)射換能器和超聲接收換能器涂上耦合劑，調(diào)整被測(cè)樣品的位置，使被測(cè)面正對(duì)換能器。

步驟二：在PC機(jī)10端給壓力傳感器設(shè)定一個(gè)目標(biāo)值，通過串口通信端口發(fā)送到單片機(jī)9中，單片機(jī)9根據(jù)PC機(jī)10設(shè)定的壓力值，控制步進(jìn)電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)。

步驟三：第一壓力傳感器3和第二壓力傳感器4將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，單片機(jī)9實(shí)時(shí)讀取第一壓力傳感器3和第二壓力傳感器4輸出的反映換能器與被測(cè)巖樣11耦合程度的電信號(hào)。

步驟四：比較第一壓力傳感器3和第二壓力傳傳感器4的輸出值是否達(dá)到目標(biāo)值，如果沒有達(dá)到則控制步進(jìn)電機(jī)8正反轉(zhuǎn)，直到達(dá)到目標(biāo)值為止。

步驟五：開啟超聲發(fā)射儀6和示波器7，超聲發(fā)射儀6選用奧林巴斯PR5077，產(chǎn)生100V的窄脈沖信號(hào)，主頻與超聲換能器頻率設(shè)置成一致。超聲發(fā)射換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲信號(hào)發(fā)出，超聲接收換能器2將接收到的超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送到示波器7顯示，示波器7使用來自超聲發(fā)射儀6輸出的同步信號(hào)，作為外部觸發(fā)信號(hào)。

步驟六：將示波器7采集到的波形數(shù)據(jù)，通過USB通信接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)10保存，方便以后做數(shù)據(jù)處理。