[发明专利]一种超声波测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量系统及测量方法，尤其涉及一种超声波测量系统及其测量方法。

背景技术

超声波是一种弹性波，由于在介质中传播的声波频率大于20kHz而得名，超声波依据在介质中振动的方向可以分为纵波和横波，这两种波在岩石声学测量方面发挥了重要作用。纵波和横波速度与岩石介质的弹性模量存在对应的数学关系，其速度之比可以揭示岩石的发育程度，即计算得到岩石的泊松比，因此超声波测量是研究岩石物理性质的一种重要手段。

在岩石声学测量方面有两种测量方法，即声波测井方法和超声波测量方法。声波测井方法是直接在井眼里测量岩石的声波速度和幅度，在不破坏岩石物理形状和围压环境的情况下直接给出测量结果，这种方法属于原位测量方法，因此能准确的反映井下岩石力学状况，但是该方法测量的参数有限，并且测量成本较高。超声波测量方法是在地面进行岩样的声波速度、幅度、频谱和衰减的测量，所测岩样是从井下通过井壁取芯收集起来的，这些岩样物理性质会发生一些变化，和井下的岩石会存在一定的差异，这种方法属于取样测量方法，但是这种方法可以批量测量岩样，测量效率高，测量参数多，能够较全面反映岩石的内部结构和岩石力学性质。

目前超声波测量采用一个发射探头和一个接收探头来测量岩样的声波速度和衰减，如果要测量多个频率的声波数据，并且有大批量的岩样需要测量，则需要更换许多的发射探头和接收探头，每测一个岩样又要重复这些操作，造成测量效率低下，并且对待测岩样会有较大的损坏，不利于准确获取岩石的内部结构和岩石力学参数。

发明内容

本发明为了提高岩石试样超声波测量效率，提供了一种超声波测量系统，该系统可以方便简洁的切换不同超声波发射探头，实现多种超声波声波频率的测量。

本发明为了实现上述目的，所采取的技术方案为：一种超声波测量系统，包括脉冲发生器和示波器，还包括底座、设置在底座上的超声波发射装置和超声波接收探头，所述超声波发射装置转动连接在所述底座上，所述超声波发射装置上设有若干超声波发射探头，转动所述超声波发射装置实现不同超声波发射探头之间的切换，待测样品置于所述超声波发射探头和所述超声波接收探头之间，所述超声波发射探头在所述脉冲发生器发出的电平信号激励下发出声波波形，所述超声波接收探头接收所述声波波形并将声波波形送入所述脉冲发生器，所述示波器对所述脉冲发生器数据进行采集和存储。

进一步的，所述底座上设置有导轨，所述超声波发射装置和超声波接收探头沿导轨设置，所述超声波发射装置沿所述导轨一维移动调整与超声波接收探头之间的距离，所述超声波发射装置和超声波接收探头之间设有用于显示两者距离的标尺。

进一步的，所述导轨为齿状轨道，所述齿状轨道上设有齿轮，所述齿轮与齿状轨道齿合，所述齿轮与所述超声波发射装置固定连接，所述齿轮连接有马达，所述马达驱动所述齿轮在所述齿状导轨上移动。

进一步的，所述超声波发射装置连接有用于控制超声波发射装置转动角度的转盘控制盒，所述转盘控制盒连接有多通道接线盒，所述转盘控制盒将所述超声波发射装置的转动角度信息发送至所述多通道接线盒，所述多通道接线盒根据接收信息将对应的超声波发射探头与所述脉冲发生器连通。

进一步的，所述超声波发射装置为圆盘状，所述圆盘状超声波发射装置上绕圆周均匀设置有若干超声波发射探头。

进一步的，所述超声波发射装置的圆盘面上设有指针，所述指针所指超声波发射探头发射面和超声波接收探头的接收面平行并且中心线重合。

本发明基于上述超声波测量系统提供了一种超声波测量方法，包括以下步骤

(1)将待测试样放置到超声波发射装置和超声波接收探头之间，设计需要测量的声波频率f₁、f₂…f_n；

(2)旋转转盘，使得某一个频率的超声波探头转到与超声波接收探头正对的位置，同时移动超声波发射装置，使得超声波发射探头、岩样和超声波接收探头紧密接触；

(4)脉冲发生器启动并通过超声波发射探头发射声波波形，超声波接收探头接收声波波形，并将声波波形送入脉冲发生器、示波器进行数据采集和存储。

进一步，更详细的，所述超声波发射装置连接有用于控制超声波发射装置转动角度的转盘控制盒，所述转盘控制盒连接有多通道接线盒，多通道接线盒接通相应频率的超声波发射探头，脉冲发生器启动并激励相应频率的脉宽信号。