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(1)檢測(cè)原理
聲波檢測(cè)的基本原理與地震勘探的原理十分類似，是以研究彈性波在巖土介質(zhì)中的傳播特征為基礎(chǔ)。聲波在不同類型的介質(zhì)中具有不同的傳播特征。當(dāng)巖土介質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和密度等因素發(fā)生變化時(shí)，聲波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等都將發(fā)生相應(yīng)的變化，在彈性性質(zhì)不同的介質(zhì)分界面上還會(huì)發(fā)生波的反射和折射。因此，用聲波儀器探測(cè)聲波在巖土介質(zhì)中的傳播速度、振幅及頻譜特征等，便可推斷被測(cè)巖土介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和致密完整程度。
例如，當(dāng)對(duì)某巖體(或硐)進(jìn)行聲波探測(cè)時(shí)，只要將發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)分別置于該巖體或硐的不同地段，根據(jù)發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的距離和聲波在巖體中的傳播時(shí)間，即可算出被測(cè)巖體的波速v。也可根據(jù)聲波振幅的變化和對(duì)聲波信號(hào)的頻譜分析，還可了解巖體對(duì)聲波能量的吸收特性等，從而對(duì)巖體作出評(píng)價(jià)。聲波檢測(cè)過程如圖5.31所示。
圖5.31聲波檢測(cè)過程示意圖
(2)檢測(cè)儀器
聲波儀主要由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和發(fā)射換能器。接收系統(tǒng)由接收機(jī)、接收換能器和用于數(shù)據(jù)記錄和處理用的微機(jī)組成。
電聲換能器是一種實(shí)現(xiàn)聲能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置。其主要元件是壓電晶體，一種天然的(或人工制造的)晶體或陶瓷。壓電晶體具有獨(dú)特的壓電效應(yīng)，將一定頻率的電脈沖加到發(fā)射換能器的壓電晶片時(shí)，晶片就會(huì)在其法向或徑向產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲波，并向介質(zhì)中傳播。晶片的機(jī)械振動(dòng)與電脈沖是可逆的。接收換能器接收巖體中傳來的聲波，使壓電晶體發(fā)生振動(dòng)，則在其表面產(chǎn)生一定頻率的電脈沖，并送到接收機(jī)。
根據(jù)測(cè)試對(duì)象和工作方式的不同，電聲換能器也有多種型號(hào)和樣式，如喇叭式、增壓式、彎曲型等，還有測(cè)井換能器和橫波換能器等。
接收機(jī)是將接收換能器接收到的電脈沖進(jìn)行放大，并將聲波波形顯示在熒光屏上，通過調(diào)整游標(biāo)電位器，可在數(shù)碼顯示器上顯示波至?xí)r間。若將接收機(jī)與微機(jī)連接，則可對(duì)聲波訊號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，如頻譜分析、濾波、初至切除、計(jì)算功率譜等，并可通過打印機(jī)輸出原始記錄和成果圖件。
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