一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法及裝置，其步驟：A、在巖石樣本的兩端放置用于發(fā)射、接收聲波信號(hào)的密封壓頭，并保持內(nèi)部的縱波、橫波探頭豎直方向上一致；B、在巖石試樣的外部布置、固定聲發(fā)射接收探頭；C、啟動(dòng)聲波與聲發(fā)射測試系統(tǒng)、啟動(dòng)巖石壓力機(jī)進(jìn)行加載試驗(yàn)，直到巖樣破壞；D、通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的后處理，得到巖石的聲發(fā)射事件數(shù)量、位置，以及超聲波波速變化信息。E、聲波測試裝置和聲發(fā)射測試裝置分別與試驗(yàn)壓力機(jī)底座轉(zhuǎn)接口相連，并通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)接口連接到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，方法易行，操作簡便，實(shí)現(xiàn)巖石力學(xué)試驗(yàn)過程中聲波、聲發(fā)射信息的同步采集，并可以獲得巖石聲發(fā)射位置的定位。
【專利說明】一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)領(lǐng)域，更具體涉及一種力學(xué)實(shí)驗(yàn)中一體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測巖石的超聲波波速、聲發(fā)射變化的測量方法，同時(shí)還涉及一種力學(xué)實(shí)驗(yàn)中一體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測巖石的超聲波波速、聲發(fā)射變化測量的裝置，它適用于巖石力學(xué)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)、三軸壓縮實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)巖石聲波、聲發(fā)射狀態(tài)的同步監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]工程安全是關(guān)系人民生命、財(cái)產(chǎn)安全的重大問題，礦山、隧道、以及水利工程等巖體失穩(wěn)都會(huì)造成重大人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破環(huán)，因此了解巖石的損傷破環(huán)機(jī)理，判別巖體的損傷程度對(duì)減輕巖石工程災(zāi)害具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。許多方法可以用于巖石的損傷檢測，如電阻率、電磁、X射線、CT等方法，其中基于彈性波的主動(dòng)方法(超聲波)和被動(dòng)方法(聲發(fā)射)具有簡便、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。超聲波方法是通過主動(dòng)發(fā)射彈性波，使其穿過巖石傳播，利用穿過巖石介質(zhì)的波速及其衰減程度檢測材料損傷，再根據(jù)超聲波波速與彈性模量和強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來評(píng)價(jià)損傷。聲發(fā)射是伴隨著材料內(nèi)部微裂隙的產(chǎn)生而激發(fā)的彈性波，它直接與巖石內(nèi)部微破裂動(dòng)態(tài)有關(guān)。迄今為止，彈性波是研究地球巖體內(nèi)部規(guī)律的最有效工具之一。
[0003]準(zhǔn)確地測定巖石的波速、聲發(fā)射規(guī)律是揭示巖體破壞機(jī)制的重要手段，對(duì)巖體失穩(wěn)預(yù)警及控制有著重要的作用。早在20世紀(jì)80年代，國內(nèi)外學(xué)者就開始了對(duì)巖石聲波、聲發(fā)射規(guī)律展開了研究，但是受到試驗(yàn)裝置的制約，巖石的波速試驗(yàn)和聲發(fā)射試驗(yàn)都是分開進(jìn)行的。這一方面造成了經(jīng)濟(jì)和時(shí)間的浪費(fèi)，另一方面割裂了巖石破裂過程中的波速、聲發(fā)射規(guī)律研究，因此，研制一套同步監(jiān)測巖石聲波、聲發(fā)射規(guī)律的裝置具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供了 一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法，該方法易行，操作簡便，可以實(shí)現(xiàn)巖石力學(xué)試驗(yàn)過程中聲波、聲發(fā)射信息的同步采集，并實(shí)現(xiàn)二類波形數(shù)據(jù)的篩分，進(jìn)而可以分別得到巖石波速的變化發(fā)展規(guī)律和聲發(fā)射狀態(tài)的具體信息，并得到巖石聲發(fā)射位置的定位。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，輕巧靈便，耐油耐溫耐壓，它可以監(jiān)測巖石單軸加載試驗(yàn)、巖石三軸力學(xué)試驗(yàn)、巖石蠕變力學(xué)試驗(yàn)，高溫巖石加載試驗(yàn)等試驗(yàn)中的波速和聲發(fā)射信息。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施:
一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法，其步驟是:
步驟1，在巖石樣本的兩端放置聲波壓頭，第一空腔密封壓頭用來發(fā)射高壓聲波信號(hào)脈沖，第二空腔密封壓頭用來接收信號(hào)脈沖；兩個(gè)壓頭的導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口垂直方向上一致，這樣保證了信號(hào)發(fā)射端的橫波探頭與信號(hào)接收端的橫波探頭縱向相對(duì)，信號(hào)發(fā)射端的縱波探頭與信號(hào)接收端的縱波探頭縱向相對(duì)，第一空腔密封壓頭與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中高壓信號(hào)發(fā)射卡端口相連；第二空腔密封壓頭與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中聲波信號(hào)接收卡端口相連；
步驟2，固定聲發(fā)射接收探頭的位置。在巖石試樣的外部布置聲發(fā)射接收探頭，利用箍緊彈簧固定聲發(fā)射探頭的位置，實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射接收探頭的三維空間分布，在聲發(fā)射接收探頭與巖石樣本的接觸位置涂抹耦合劑(VClOl)保證接觸良好。
[0007]步驟3，啟動(dòng)高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)，設(shè)置好高壓脈沖信號(hào)的發(fā)射數(shù)量、時(shí)間間隔、激發(fā)周期，啟動(dòng)聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)，啟動(dòng)巖石壓力機(jī)對(duì)巖樣進(jìn)行壓力加載，加載過程中，實(shí)時(shí)米集存儲(chǔ)巖石的聲波和聲發(fā)射信號(hào)，直到巖樣破壞。
[0008]步驟4，對(duì)采集信號(hào)的后處理。通過聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)對(duì)所采集的聲波、聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行篩分識(shí)別，通過對(duì)波形數(shù)據(jù)的判讀得到加載過程中巖石橫波波速、縱波波速變化信息；過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射接收信號(hào)的干擾，可以得到巖石的聲發(fā)射數(shù)量、位置等信息。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是利用聲波測試裝置、聲發(fā)射測試裝置實(shí)現(xiàn)巖石聲波、聲發(fā)射的一體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測。在上述的步驟3中，具體的操作步驟如下:
步驟3.1，在試驗(yàn)過程中，啟動(dòng)高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)，設(shè)置好每組發(fā)射的高壓信號(hào)數(shù)量，時(shí)間間隔ΛΤ1，激發(fā)周期T (上一組最后一個(gè)信號(hào)與下一組第一個(gè)信號(hào)的事件間隔)；然后啟動(dòng)巖石壓力機(jī)(XTR01-01)和聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)，采集、存儲(chǔ)整個(gè)試驗(yàn)過程中的聲波和聲發(fā)射信號(hào)。
[0010]步驟3.2，記錄信號(hào)發(fā)射端壓頭發(fā)射的第一個(gè)高壓聲波脈沖信號(hào)時(shí)間tl，此時(shí)，信號(hào)發(fā)射端的聲波探頭(MICR0-80)(縱波探頭)將會(huì)發(fā)射高壓超聲波，經(jīng)過時(shí)間ΛΤ2后，信號(hào)接收端壓頭中與之對(duì)應(yīng)的聲波探頭(MICR0-80)(縱波探頭)將會(huì)第一個(gè)接收到超聲波信號(hào)，利用兩個(gè)探頭之間的距離除以ΛΤ2，就可以得到巖樣的縱波波速VI。
[0011]步驟3.3，第一個(gè)激發(fā)探頭(縱波探頭)發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)過ΛΤ1時(shí)間，信號(hào)發(fā)射端壓頭中的第二個(gè)探頭(橫波探頭)自動(dòng)發(fā)射超聲波信號(hào)，經(jīng)過ΛΤ3時(shí)間后，與之對(duì)應(yīng)的接收探頭(橫波探頭)收到信號(hào)，記錄下時(shí)間ΛΤ3，利用探頭的距離和傳播時(shí)間，求得巖樣的橫波波速V2。
[0012]步驟3.4，第二個(gè)激發(fā)探頭(橫波探頭)發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)過ΛΤ1時(shí)間，信號(hào)發(fā)射端中的第三個(gè)探頭(橫波探頭)自動(dòng)發(fā)射超聲波信號(hào)，經(jīng)過時(shí)間△ T4后，與之對(duì)應(yīng)的接收探頭(橫波探頭)收到信號(hào)。記錄下時(shí)間ΛΤ4，利用探頭的距離和傳播時(shí)間，求得巖樣的橫波波速V3。
[0013]步驟3.5，以信號(hào)激發(fā)周期T重復(fù)步驟3.2~3.4，直到試驗(yàn)結(jié)束，聲波探頭和聲發(fā)射探頭將會(huì)采集到整個(gè)試驗(yàn)過程相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。處理不同應(yīng)力時(shí)刻的聲波數(shù)據(jù)信息，得到加載過程中的巖樣的縱波波速變化特征、橫波波速變化特征。
[0014]步驟3.6，過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射信息的影響，處理得到巖石的聲發(fā)射數(shù)量變化與聲發(fā)射點(diǎn)定位圖。
[0015]在整個(gè)加載過程中，聲波信號(hào)是以時(shí)間激發(fā)周期T間隔激發(fā)的，而聲發(fā)射接收探頭卻是在實(shí)時(shí)采集信號(hào)，這就會(huì)將聲波探頭發(fā)射的信號(hào)誤認(rèn)為巖石的聲發(fā)射信號(hào)。為了消除聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射結(jié)果的干擾，需要對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，過濾掉聲波信號(hào)(步驟3.2~3.4)的影響，步驟3.6的操作具體如下。[0016](I)確定聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間。第一組聲波信號(hào)的起始時(shí)間為tl，每組發(fā)射三個(gè)聲波信號(hào)，每個(gè)信號(hào)之間的間隔時(shí)間為Δ Tl,則發(fā)射一組聲波信號(hào)所用的時(shí)間為2ΔΤ1,第一組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間區(qū)間為(tl，tl+2ATl)。每組聲波信號(hào)的發(fā)射周期為T，則第二組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為(tl+2ATl+T，tl+4ATl+T)，第三組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為(tl+4 Λ Τ1+2Τ, tl+6 Δ Τ1+2Τ),…，第 η 組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為(tl+2 (η-1) Δ Tl+ (n-1) T，tl+2nATl+(n-l)T)。
[0017]( 2)過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的影響。應(yīng)用聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)的數(shù)據(jù)文件濾波功能，在所有聲發(fā)射通道采集的數(shù)據(jù)中，過濾掉時(shí)間區(qū)間在(tl+2 (η-1) Λ Tl+(n-1) T，tl+2n Δ Tl+(n-1) T)的數(shù)據(jù)信息，這樣得到的數(shù)據(jù)信息全部來自巖石的聲發(fā)射O
[0018]本發(fā)明填補(bǔ)了巖石力學(xué)試驗(yàn)中聲波、聲發(fā)射測試裝置的空白，具有重要的價(jià)值。
[0019]一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，它由聲波測試裝置、聲發(fā)射測試裝置、數(shù)據(jù)的同步采集和處理系統(tǒng)(PC機(jī))三部分組成；聲波測試裝置和聲發(fā)射測試裝置分別與試驗(yàn)壓力機(jī)底座(普通巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)三軸室底座，不屬于本發(fā)明中的內(nèi)容)轉(zhuǎn)接口相連，通過試驗(yàn)壓力機(jī)底座的轉(zhuǎn)接口連接到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。聲波測試裝置中的第一空腔密封壓頭與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的高壓信號(hào)發(fā)射卡端口相連，第二空腔密封壓頭與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的聲波信號(hào)接收卡端口相連。數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的高壓信號(hào)發(fā)射卡、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡內(nèi)置于電腦機(jī)箱中，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 [0020]第一部分是聲波測試裝置，它包括兩個(gè)內(nèi)置聲波探頭的第一空腔密封壓頭、第二空腔密封壓頭，連接聲波脈沖發(fā)射通道的壓頭作為第一空腔密封壓頭，連接聲波信號(hào)采集通道的壓頭作為第二空腔密封壓頭，第一空腔密封壓頭含有第一縱波探頭，第一橫波探頭、第三橫波探頭，第二空腔密封壓頭含有第二縱波探頭，第二橫波探頭、第四橫波探頭。除了探頭之外，聲波測試裝置還包括壓頭腔體、壓頭上蓋，壓緊墊片和壓緊銷釘、導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口、插頭、密封銷釘、密封圈和導(dǎo)線。其特征在于:壓頭腔體內(nèi)部設(shè)計(jì)了三個(gè)探頭凹槽，分別布置第一縱波探頭、第一橫波探頭、第三橫波探頭或第二縱波探頭、第二橫波探頭、第四橫波探頭，第一空腔密封壓頭、第二空腔密封壓頭中的兩個(gè)橫波探頭的尾部方向垂直布置，為保證探頭與壓頭腔體良好接觸，在第一縱波探頭、第一橫波探頭、第三橫波探頭或第二縱波探頭、第二橫波探頭、第四橫波探頭前端涂抹耦合劑。壓緊墊片的作用是穩(wěn)固第一縱波探頭、第一橫波探頭、第三橫波探頭或第二縱波探頭、第二橫波探頭、第四橫波探頭的位置，用導(dǎo)線將分別將第一縱波探頭、第一橫波探頭、第三橫波探頭或第二縱波探頭、第二橫波探頭、第四橫波探頭與壓頭腔體上的導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口內(nèi)側(cè)相連，壓緊銷釘用來固緊壓緊墊片和壓頭腔體；壓頭上蓋的邊緣部位留有密封槽溝，在槽溝位置布置密封圈，在用密封銷釘將壓頭上蓋與壓頭腔體密封。導(dǎo)線連接插頭和導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口外側(cè)，插頭插入壓力試驗(yàn)機(jī)底座。第一空腔密封壓頭的插頭插入高壓信號(hào)發(fā)射通道端口，通過三軸室底座接口與高壓超聲波發(fā)射卡端口相連；第二空腔密封壓頭的插頭插入聲波信號(hào)接收通道端口，通過三軸室底座接口與聲波與聲發(fā)射接收卡端口相連。在試驗(yàn)過程中，巖樣兩端放置的密封壓頭在豎直方向上保證一致，第一空腔密封壓頭中的縱波探頭與第二空腔密封壓頭中的縱波探頭縱向保持一致，第一空腔密封壓頭中的橫波探頭與第二空腔密封壓頭中的橫波探頭縱向保持一致。為保證巖石試樣與聲波壓頭良好接觸，在巖石兩端涂抹耦合劑，壓頭的剛度要保證巖石力學(xué)試驗(yàn)要求，同時(shí)要證密封質(zhì)量以保護(hù)內(nèi)置探頭免受三軸壓力室的油壓壓力。
[0021]第二部分是聲發(fā)射測試裝置(AES)，它是由聲發(fā)射探頭、探頭保護(hù)殼、密封底蓋、密封圈、密封銷釘、導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口、箍緊彈簧、導(dǎo)線、插頭組成。聲發(fā)射探頭內(nèi)置、固定于探頭密封保護(hù)殼中，保護(hù)殼內(nèi)涂抹耦合劑使探頭和保護(hù)殼接觸良好，保護(hù)殼其作用是防止聲發(fā)射探頭承受液壓油的壓力而損壞，用導(dǎo)線連接探頭和保護(hù)套一端的導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口(內(nèi)部)，將銷釘固定好轉(zhuǎn)接口和探頭保護(hù)殼，使保護(hù)殼處于密封狀態(tài)。試驗(yàn)過程中，將內(nèi)置聲發(fā)射探頭的保護(hù)殼緊貼于巖石試樣的側(cè)面，并用緊箍彈簧將其固定。用導(dǎo)線連接導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口(外部)和試驗(yàn)機(jī)軸室底盤，三軸壓力室的底盤接口與采集卡終端相連。
[0022]第三部分是數(shù)據(jù)的同步采集和處理系統(tǒng)，包括高壓信號(hào)發(fā)射卡，聲波、聲發(fā)射信號(hào)接收卡以及數(shù)據(jù)采集及后處理軟件、PC機(jī)。高壓信號(hào)發(fā)射卡、聲波、聲發(fā)射接收卡內(nèi)置于計(jì)算機(jī)主機(jī)中，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。高壓信號(hào)發(fā)射卡通過試驗(yàn)機(jī)底座通道連通聲波測試裝置中的第一空腔密封壓頭，其作用是激發(fā)探頭發(fā)射超聲波脈沖，這種高壓的信號(hào)可以緩解巖石傳播過程中的能量衰減。聲波、聲發(fā)射信號(hào)接收卡通過試驗(yàn)機(jī)底座通道分別于第二空腔密封壓頭和聲發(fā)射采集探頭相連,實(shí)現(xiàn)聲波、聲發(fā)射信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)。后處理軟件可以實(shí)現(xiàn)不同類別信號(hào)的過濾、篩選識(shí)別和處理，分析計(jì)算得出加載過程中巖石縱波、橫波波速變化趨勢以及巖石破裂損傷位置的三維定位。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
該方法易行，操作簡便，可以實(shí)現(xiàn)巖石力學(xué)試驗(yàn)過程中聲波、聲發(fā)射信息的同步采集，并實(shí)現(xiàn)二類波形數(shù)據(jù)的篩分，進(jìn)而可以分別得到試驗(yàn)過程中巖石的波速變化規(guī)律和聲發(fā)射信息，并得到巖石聲發(fā)射位置的定位。本裝置可以同時(shí)測試巖石力學(xué)試驗(yàn)中的巖石超聲波波速和聲發(fā)射活動(dòng)，所研制的聲波壓頭和聲發(fā)射探頭耐溫、耐壓，不僅適用于單軸壓縮變形試驗(yàn)，而且可以應(yīng)用于巖石三軸壓縮變形試驗(yàn)及蠕變?cè)囼?yàn)中；所采集到的聲波和聲發(fā)射信號(hào)可以篩分、識(shí)別，通過后期處理得出聲波、聲發(fā)射變化規(guī)律，效果良好，圖6為單軸加載試驗(yàn)過程中某巖石的波速變化規(guī)律，圖7為聲發(fā)射事件數(shù)量變化柱狀圖，圖8為聲發(fā)射事件的位置定位圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為一種聲波和聲發(fā)射測試裝置示意圖。
[0025]圖2為一種聲波測試裝置內(nèi)部示意圖。
[0026]圖3為一種聲波測試裝置腔體俯視圖。
[0027]圖4為一種聲波測試裝置剖面圖。
[0028]圖5為一種聲發(fā)射測試裝置剖面圖。
[0029]圖6為某巖石的波速變化規(guī)律。
[0030]圖7為某巖石聲發(fā)射事件數(shù)量變化柱狀圖。
[0031]圖8為某巖石聲發(fā)射事件的位置定位圖。
[0032]圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱為:
UffS-聲波測試裝置；uw-l —第一空腔密封壓頭、UW-2-第二空腔密封壓頭；1-1a-第一縱波探頭(MICR0-80) ; 1-1b-第二縱波探頭(MICR0-80) ； l_2a_第一橫波探頭(SWC37-0.5) ；l-2b-第 二橫波探頭(SWC37-0.5) ;l_3a-第三橫波探頭(SWC37-0.5)；
l-3b-第四橫波探頭(SWC37-0.5); 1-4-壓頭腔體；1_5_壓頭上蓋；1_6_壓緊墊片；1_7_壓緊銷釘；1-8-導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口 ；1-9_插頭、1-10-密封銷釘、1-11-密封圈；1-12_導(dǎo)線；AES_聲發(fā)射測試裝置；2-1-聲發(fā)射探頭(NAN0-30) ；2-2-探頭保護(hù)殼；2_3_密封底蓋；2_4_密封圈；2-5_密封銷釘；2-6導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口 ；2-7_箍緊彈簧；2-8_導(dǎo)線；2_9_插頭；X1、X2_試樣與壓頭接觸面。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1:
一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法，其步驟是
步驟1，在巖石樣本的兩端涂抹耦合劑之后，放置第一空腔密封壓頭UW-1和第二空腔密封壓頭UW-2，其中第一空腔密封壓頭UW-1作為信號(hào)發(fā)射端，用來發(fā)射高壓聲波脈沖信號(hào)，它里面含有縱波探頭Ι-la、橫波探頭l_2a、橫波探頭l_3a ;第二空腔密封壓頭UW_2用來接收高壓信號(hào)脈沖，它里面含有縱波探頭Ι-lb、橫波探頭l_2b、橫波探頭l-3b ;兩個(gè)壓頭的導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口垂直方向上一致，這樣保證了信號(hào)發(fā)射端的橫波探頭與信號(hào)接收端的橫波探頭縱向相對(duì)，信號(hào)發(fā)射端的縱波探頭與信號(hào)接收端的縱波探頭縱向相對(duì)，第一空腔密封壓頭UW-1與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中高壓信號(hào)發(fā)射卡端口相連；第二空腔密封壓頭UW-2與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中聲波信號(hào)接收卡端口相連；
步驟2，固定聲發(fā)射接收探頭的位置。在聲發(fā)射接收探頭的端部涂抹耦合劑，并在設(shè)計(jì)位置將其固定，用箍緊彈簧箍緊。為了實(shí)現(xiàn)巖石聲發(fā)射位置的三維定位，聲發(fā)射探頭不能設(shè)置在同一平面內(nèi)，要呈現(xiàn)三維空間分布狀，將聲發(fā)射接收探頭連接到試驗(yàn)機(jī)底座。
[0034]步驟3，打開高壓脈沖信號(hào)激發(fā)軟件，設(shè)置脈沖信號(hào)的發(fā)射數(shù)量、時(shí)間間隔、發(fā)射周期等參數(shù)；同時(shí)啟動(dòng)聲波聲發(fā)射接收卡控制軟件，啟動(dòng)巖石壓力機(jī)對(duì)巖樣進(jìn)行加載，啟動(dòng)高壓脈沖信號(hào)激發(fā)軟件開始發(fā)射高壓脈沖；實(shí)時(shí)監(jiān)測巖石的聲發(fā)射信號(hào)；以時(shí)間激發(fā)周期T通分別地、連續(xù)地測試巖樣的縱波速度和橫波速度，直到巖樣破壞。
[0035]步驟4，對(duì)所采集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。應(yīng)用采集與處理軟件對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，判讀聲波信號(hào)的激發(fā)時(shí)間和接收時(shí)間，計(jì)算得到超聲波在巖石樣本的傳播時(shí)間，用巖樣的長度除以傳播時(shí)間，得到不同應(yīng)力狀態(tài)下巖石的超聲波波速，整理得到巖石橫波波速、縱波波速的變化關(guān)系曲線；過濾聲波對(duì)聲發(fā)射的干擾信號(hào)，確定巖石的聲發(fā)射位置、數(shù)量與應(yīng)力的關(guān)系曲線。
[0036]在上述的步驟3中，具體的操作步驟如下:
步驟3.1，在試驗(yàn)過程中，啟動(dòng)高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)，設(shè)置好每組發(fā)射的高壓信號(hào)數(shù)量，時(shí)間間隔ΛΤ1，激發(fā)周期T (上一組最后一個(gè)信號(hào)與下一組第一個(gè)信號(hào)的事件間隔)；然后啟動(dòng)巖石壓力機(jī)(XTR01-01)和聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)，采集、存儲(chǔ)整個(gè)試驗(yàn)過程中的聲波和聲發(fā)射信號(hào)。
[0037]步驟3.2，記錄信號(hào)發(fā)射端壓頭發(fā)射的第一個(gè)高壓聲波脈沖信號(hào)時(shí)間tl，此時(shí)，信號(hào)發(fā)射端的聲波探頭(MICR0-80)l-la (縱波探頭)將會(huì)發(fā)射高壓超聲波，經(jīng)過時(shí)間ΛΤ2后，信號(hào)接收端壓頭中與之對(duì)應(yīng)的聲波探頭(MICR0-80) 1-1b (縱波探頭)將會(huì)第一個(gè)接收到超聲波信號(hào)，利用兩個(gè)探頭之間的距離除以ΛΤ2，就可以得到巖樣的縱波波速VI。
[0038]步驟3.3，第一個(gè)激發(fā)探頭1-1a (縱波探頭)發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)過ΛΤ1時(shí)間，信號(hào)發(fā)射端壓頭中的第二個(gè)探頭l_2a (橫波探頭)自動(dòng)發(fā)射超聲波信號(hào)，經(jīng)過ΛΤ3時(shí)間后，與之對(duì)應(yīng)的接收探頭l_2b (橫波探頭)收到信號(hào)，記錄下時(shí)間Λ T3，利用探頭的距離和傳播時(shí)間，求得巖樣的橫波波速V2。
[0039]步驟3.4，第二個(gè)激發(fā)探頭l_2a (橫波探頭)發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)過ΛΤ1時(shí)間，信號(hào)發(fā)射端中的第三個(gè)探頭l_3a (橫波探頭)自動(dòng)發(fā)射超聲波信號(hào)，經(jīng)過時(shí)間ΛΤ4后，與之對(duì)應(yīng)的接收探頭l_3b (橫波探頭)收到信號(hào)。記錄下時(shí)間ΛΤ4，利用探頭的距離和傳播時(shí)間，求得巖樣的橫波波速V3。
[0040]步驟3.5，以信號(hào)激發(fā)周期T重復(fù)步驟3.2~3.4，直到試驗(yàn)結(jié)束，聲波探頭和聲發(fā)射探頭將會(huì)采集到整個(gè)試驗(yàn)過程相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。處理不同應(yīng)力時(shí)刻的聲波數(shù)據(jù)信息，得到加載過程中的巖樣的縱波波速變化特征、橫波波速變化特征。
[0041]步驟3.6，過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射信息的影響，處理得到巖石的聲發(fā)射數(shù)量變化與聲發(fā)射點(diǎn)定位圖。
[0042]在整個(gè)加載過程中，聲波信號(hào)是以時(shí)間激發(fā)周期T間隔激發(fā)的，而聲發(fā)射接收探頭卻是在實(shí)時(shí)采集信號(hào)，這就會(huì)將聲波探頭發(fā)射的信號(hào)誤認(rèn)為巖石的聲發(fā)射信號(hào)。為了消除聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射結(jié)果的干擾，需要對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，過濾掉聲波信號(hào)(步驟3.2~3.4)的影響，步驟3.6的操作具體如下。
[0043](I)確定聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間。第一組聲波信號(hào)的起始時(shí)間為tl，每組發(fā)射三個(gè)聲波信號(hào)，每個(gè)信號(hào)之 間的間隔時(shí)間為Δ Tl,則發(fā)射一組聲波信號(hào)所用的時(shí)間為2ΔΤ1,第一組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間區(qū)間為(tl，tl+2ATl)。每組聲波信號(hào)的發(fā)射周期為T，則第二組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為(tl+2 Λ Tl+T，tl+4 Λ Τ1+Τ)，第三組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為(tl+4 ΔΤ1+2Τ, tl+6 ΔΤ1+2Τ),…，第 η 組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為(tl+2 (η_1) ΔΤ1+(η-1)Τ,tl+2nATl+(n-l)T)。
[0044](2)過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的影響。應(yīng)用聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收控制軟件(美國物理聲學(xué)公司)的數(shù)據(jù)文件濾波功能，在所有聲發(fā)射通道采集的數(shù)據(jù)中，過濾掉時(shí)間區(qū)間在(tl+2 (η-1) Λ Tl+(n-1) T，tl+2n Δ Tl+(n-1) T)的數(shù)據(jù)信息，這樣得到的數(shù)據(jù)信息全部來自巖石的聲發(fā)射O
[0045]實(shí)施例2:
一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，它由聲波測試裝置UWS、聲發(fā)射測試裝置AES、數(shù)據(jù)的同步采集和處理系統(tǒng)CPS機(jī)三部分組成；聲波測試裝置和聲發(fā)射測試裝置分別與試驗(yàn)壓力機(jī)底座(普通巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)三軸室底座，不屬于本發(fā)明中的內(nèi)容)轉(zhuǎn)接口相連，通過試驗(yàn)壓力機(jī)底座的轉(zhuǎn)接口連接到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。聲波測試裝置中的第一空腔密封壓頭UW-1與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的高壓信號(hào)發(fā)射卡3-2端口相連，第二空腔密封壓頭UW-2與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的聲波信號(hào)接收卡3-3端口相連。數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的高壓信號(hào)發(fā)射卡3-2、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡3-3內(nèi)置于電腦機(jī)箱中，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。
[0046]第一部分是聲波測試裝置UWS，它包括兩個(gè)內(nèi)置聲波探頭的第一空腔密封壓頭UW-1、第二空腔密封壓頭(UW-2)，第一空腔密封壓頭UW-1連接聲波脈沖發(fā)射通道，用來發(fā)射高壓信號(hào)脈沖，第二空腔密封壓頭UW-2連接聲波信號(hào)采集通道，用來接收高壓信號(hào)脈沖。第一空腔密封壓頭UW-1含有第一縱波探頭Ι-la，第一橫波探頭l_2a、第三橫波探頭l-3a，第二空腔密封壓頭UW-2含有第二縱波探頭lb，第二橫波探頭2b、第四橫波探頭3b。除了探頭之外，聲波測試裝置還包括壓頭腔體1-4、壓頭上蓋1-5，壓緊墊片1-6和壓緊銷釘1-7、導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口 1-8、插頭1-9、密封銷釘1-10、密封圈1-11和導(dǎo)線1_12。其特征在于:壓頭腔體1-4內(nèi)部設(shè)計(jì)了三個(gè)探頭凹槽，分別布置第一縱波探頭Ι-la、第一橫波探頭l_2a、第三橫波探頭l_3a或第二縱波探頭Ι-lb、第二橫波探頭l_2b、第四橫波探頭l_3b，第一空腔密封壓頭UW-1、第二空腔密封壓頭UW-2中的兩個(gè)橫波探頭的尾部方向垂直布置，為保證探頭與壓頭腔體良好接觸，在第一縱波探頭Ι-la、第一橫波探頭l_2a、第三橫波探頭l_3a或第二縱波探頭Ι-lb、第二橫波探頭l_2b、第四橫波探頭l_3b，前端涂抹耦合劑。壓緊墊片1-6的作用是穩(wěn)固第一縱波探頭Ι-la、第一橫波探頭l_2a、第三橫波探頭l_3a或第二縱波探頭Ι-lb、第二橫波探頭l_2b、第四橫波探頭l-3b的位置，用導(dǎo)線1-12將分別將第一縱波探頭Ι-la、第一橫波探頭l_2a、第三橫波探頭l_3a或第二縱波探頭l_lb、第二橫波探頭
1-2b、第四橫波探頭l-3b與壓頭腔體1-4上的導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口1-8內(nèi)側(cè)相連，壓緊銷釘1-7用來固緊壓緊墊片1-6和壓頭腔體1-4 ;壓頭上蓋1-5的邊緣部位留有密封槽溝，在槽溝位置布置密封圈1-11，在用密封銷釘1-10將壓頭上蓋1-5與壓頭腔體1-4密封。導(dǎo)線1-12連接插頭1-9和導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口 1-8外側(cè)，插頭1-9插入壓力試驗(yàn)機(jī)底座。第一空腔密封壓頭UW-1的插頭插入高壓信號(hào)發(fā)射通道端口，通過三軸室底座接口與高壓超聲波發(fā)射卡3-2端口相連；第二空腔密封壓頭UW-2的插頭插入聲波信號(hào)接收通道端口，通過三軸室底座接口與聲波與聲發(fā)射接收卡3-3端口相連。在試驗(yàn)過程中，巖樣兩端放置的密封壓頭在豎直方向上保證一致，第一空腔密封壓頭UW-1中的縱波探頭與第二空腔密封壓頭UW-2中的縱波探頭縱向保持一致，第一空腔密封壓頭UW-1中的橫波探頭與第二空腔密封壓頭UW-2中的橫波探頭縱向保持一致。為保證巖石試樣與聲波壓頭良好接觸，在巖石兩端涂抹耦合劑，壓頭的剛度要保證巖石力學(xué)試驗(yàn)要求，同時(shí)要證密封質(zhì)量以保護(hù)內(nèi)置探頭免受三軸壓力室的油壓壓力。
[0047]第二部分是聲發(fā)射測試裝置AES，它是由聲發(fā)射探頭2-1、探頭保護(hù)殼2_2、密封底蓋2-3、密封圈2-4、密封銷釘2-5、導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口 2-6、箍緊彈簧2_7、導(dǎo)線2_8、插頭2_9組成。聲發(fā)射探頭2-1內(nèi)置于一定剛度的探頭保護(hù)殼2-2之中，為保證聲發(fā)射探頭2-1與探頭保護(hù)殼2-2接觸良好，分別在聲發(fā)射探頭2-1端部和探頭保護(hù)殼2-2內(nèi)部涂抹耦合劑，用導(dǎo)線
2-8連接聲發(fā)射探頭2-1和導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口2-6內(nèi)端；導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口 2-6與密封底蓋2_3相連，并密封；密封圈2-4放置在探頭保護(hù)殼2-2和密封底蓋2-3之中，利用密封銷釘2-5將探頭保護(hù)殼2-2與密封底蓋2-3密封，這樣聲發(fā)射探頭2-1被保護(hù)在一個(gè)密封的保護(hù)體之中，其作用是防止聲發(fā)射探頭承受液壓油的壓力而損壞。導(dǎo)線2-8連接導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口 2-6外端和插頭
2-9，將插頭2-9插入試驗(yàn)機(jī)底座，連接到聲發(fā)射信號(hào)接收通道。箍緊彈簧2-7的作用是對(duì)探頭保護(hù)殼2-2的位置進(jìn)行固定，這樣便可以準(zhǔn)確地固定聲發(fā)射探頭2-1的位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石聲發(fā)射活動(dòng)準(zhǔn)確監(jiān)測和定位。
[0048]第三部分是數(shù)據(jù)的同步采集和處理系統(tǒng)CPS，它包括PC機(jī)3-1、高壓信號(hào)發(fā)射卡ARB-1410 3-2、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡PC1-2 3_3、高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件Wavegen1410 El.41 3-4、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡控制軟件AEwinRockTest for PCI2 E2.20 3-5、導(dǎo)線3-6組成。高壓信號(hào)發(fā)射卡ARB-1410 3_2和聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡PC1-2 3_3內(nèi)置于PC機(jī)3-1主機(jī)中，并通過導(dǎo)線3-6與試驗(yàn)機(jī)底座相連，其中高壓信號(hào)發(fā)射卡ARB-1410
3-2連通試驗(yàn)機(jī)底座的聲波發(fā)射通道，聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡PC1-2 3-3連通試驗(yàn)機(jī)底座的聲波接收通道和聲發(fā)射信號(hào)接收通道。高壓信號(hào)發(fā)射卡ARB-1410 3-2的作用是激發(fā)聲波探頭發(fā)射高壓的超聲波信號(hào)，這種高壓的信號(hào)可以緩解巖石傳播過程中的能量衰減。高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件Wavegen 1410 El.41 3_4和聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡控制軟件AEwinRockTest for PCI2 E2.20 3_5安裝在PC機(jī)3_1中，高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件Wavegen 1410 El.41 3_4可以控制發(fā)射高壓脈沖的時(shí)間間隔、數(shù)量、周期；聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡控制軟件AEwinRockTest for PCI2 E2.20 3_5可以對(duì)聲波與聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集，存儲(chǔ)和后期處理，在后處理過程中可以實(shí)現(xiàn)聲波、聲發(fā)射信號(hào)的過濾、篩選識(shí)別，得到加載過程中巖石縱波、橫波波速變化情況，及巖石破裂損傷位置的三維定位。
【權(quán)利要求】
1.一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法，其步驟是: A、在巖石樣本的兩端放置聲波壓頭,第一空腔密封壓頭用來發(fā)射高壓聲波信號(hào)脈沖，第二空腔密封壓頭用來接收信號(hào)脈沖；兩個(gè)壓頭的導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口垂直方向上一致，信號(hào)發(fā)射端的橫波探頭與信號(hào)接收端的橫波探頭縱向相對(duì)，信號(hào)發(fā)射端的縱波探頭與信號(hào)接收端的縱波探頭縱向相對(duì)，第一空腔密封壓頭與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中高壓信號(hào)發(fā)射卡端口相連；第二空腔密封壓頭與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中 聲波信號(hào)接收卡端口相連； B、固定聲發(fā)射接收探頭的位置:在巖石試樣的外部布置聲發(fā)射接收探頭，利用箍緊彈簧固定好聲發(fā)射探頭的位置，實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射接收探頭的三維空間分布，在聲發(fā)射接收探頭與巖石樣本的接觸位置涂抹耦合劑，將聲發(fā)射接收探頭連接壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口，相應(yīng)通道的端口外部與PC機(jī)中聲發(fā)射接收卡端口相連； C、啟動(dòng)高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件，設(shè)置高壓脈沖信號(hào)的發(fā)射時(shí)間間隔和發(fā)射周期，啟動(dòng)聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收軟件，啟動(dòng)巖石壓力機(jī)對(duì)巖樣進(jìn)行壓力加載，加載過程中，實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)巖石的聲波和聲發(fā)射信號(hào)，直到巖樣破壞； D、對(duì)采集信號(hào)的后處理:通過采集與處理軟件對(duì)所采集的聲波、聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行篩分識(shí)別，通過對(duì)波形數(shù)據(jù)的判讀，得到加載過程中巖石橫波波速、縱波波速的變化信息；過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射接收信號(hào)的干擾，得到巖石的聲發(fā)射事件的位置、數(shù)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法，其特征在于:所述的步驟C，其步驟是: a、在試驗(yàn)過程中，啟動(dòng)高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件，設(shè)置每組發(fā)射的高壓信號(hào)數(shù)量，激發(fā)時(shí)間間隔ΛΤ1，激發(fā)時(shí)間周期T:上一組最后一個(gè)信號(hào)與下一組第一個(gè)信號(hào)的事件間隔；然后啟動(dòng)巖石壓力機(jī)和聲波與聲發(fā)射接收軟件，米集整個(gè)試驗(yàn)過程中的聲波和聲發(fā)射信號(hào)； b、記錄信號(hào)發(fā)射端發(fā)射的第一個(gè)高壓聲波脈沖信號(hào)時(shí)間tl，信號(hào)發(fā)射端的聲波探頭將會(huì)發(fā)射高壓超聲波，經(jīng)過時(shí)間ΛΤ2后，信號(hào)接收端中與之對(duì)應(yīng)的接收探頭將會(huì)接收到超聲波信號(hào)，利用兩個(gè)探頭之間的距離除以Λ T2，得到巖樣的縱波波速Vl ； C、第一個(gè)激發(fā)探頭(1-1a)發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)過ΛΤ1時(shí)間，信號(hào)發(fā)射端中的第二個(gè)探頭(l-2a)自動(dòng)發(fā)射超聲波信號(hào)，經(jīng)過ΛΤ3時(shí)間后，與之對(duì)應(yīng)的接收探頭(l_2b)收到信號(hào)，記錄下時(shí)間ΛΤ3，利用探頭的距離和傳播時(shí)間ΛΤ3，求得巖樣的橫波波速V2 ; d、第二個(gè)激發(fā)探頭(l_2a)發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)過ΛΤ1時(shí)間，信號(hào)發(fā)射端中的第三個(gè)探頭(l-3a)自動(dòng)發(fā)射超聲波信號(hào)，經(jīng)過時(shí)間ΛΤ4后，與之對(duì)應(yīng)的接收探頭(l_3b)收到信號(hào)，記錄下時(shí)間ΛΤ4，利用探頭的距離和傳播時(shí)間ΔΤ4，求得巖樣的橫波波速V3; e、以時(shí)間周期T重復(fù)步驟b、步驟d直到試驗(yàn)結(jié)束，通過對(duì)采集到的聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到加載過程中的巖樣的縱波波速變化特征、橫波波速變化特征； f、過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射信息的影響，處理得到巖石的聲發(fā)射數(shù)量變化與聲發(fā)射點(diǎn)定位圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的方法，其特征在于:所述的步驟f，其步驟是: (I)確定聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間:第一組聲波信號(hào)的起始時(shí)間為tl，每組發(fā)射三個(gè)聲波信號(hào)，每個(gè)信號(hào)之間的間隔時(shí)間為ΛΤ1，發(fā)射一組聲波信號(hào)所用的時(shí)間為2ΛΤ1，第一組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間區(qū)間為:tl，tl+2ATl，每組聲波信號(hào)的發(fā)射周期為T，第二組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為:tl+2ATl+T，tl+4ATl+T，第三組聲波信號(hào)的發(fā)生時(shí)間為:tl+4ATl+2T，tl+6ATl+2T ； (2)過濾聲波信號(hào)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的影響:在所有聲發(fā)射通道采集的數(shù)據(jù)中，過濾掉時(shí)間區(qū)間在:tl+2(n-l) ΔΤ1+(η-1)Τ, tl+2n Δ Tl+(n-1) T的數(shù)據(jù)信息，得到的數(shù)據(jù)信息全部來自巖石的聲發(fā)射O
4.權(quán)利要求1所述的一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，它由聲波測試裝置(UWS)、聲發(fā)射測試裝置(AES)、數(shù)據(jù)的同步采集和處理系統(tǒng)(CPS機(jī))三部分組成；其特征在于:聲波測試裝置和聲發(fā)射測試裝置分別與試驗(yàn)壓力機(jī)底座轉(zhuǎn)接口相連，通過試驗(yàn)壓力機(jī)底座的轉(zhuǎn)接口連接到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，聲波測試裝置中的第一空腔密封壓頭(UW-1)與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，通道的端口外部與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的高壓信號(hào)發(fā)射卡(3-2 )端口相連，第二空腔密封壓頭(UW-2 )與壓力機(jī)三軸室底盤內(nèi)端口相連，通道的端口外部與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的聲波信號(hào)接收卡(3-3)端口相連，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中的高壓信號(hào)發(fā)射卡(3-2)、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡(3-3)內(nèi)置于電腦機(jī)箱中。
5.根據(jù)權(quán)利要4所述的一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的聲波測試裝置包括兩個(gè)內(nèi)置聲波探頭的第一空腔密封壓頭(UW-1)、第二空腔密封壓頭(UW-2),第一空腔密封壓頭(UW-1)內(nèi)部含有第一縱波探頭(Ι-la)、第一橫波探頭(l_2a)、第三橫波探頭(l_3a);第二空腔密封壓頭(UW-2)內(nèi)部含有第二縱波探頭(1-lb)、第二橫波探頭(l_2b)、第四橫波探頭(l-3b);聲波測試裝置還包括壓頭腔體(1-4)、壓頭上蓋(1-5)，壓緊墊片(1-6)和壓緊銷釘(1-7)、導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口(1-8)、插頭(1-9)、密封銷釘(1-10)、密封圈(1-11)和導(dǎo)線(1-12)，壓頭腔體(1-4)內(nèi)部設(shè)計(jì)了三個(gè)探頭凹槽，分別布置三個(gè)超聲波探頭，第一縱波探頭(Ι-la)、第一橫波探頭(l_2a)、第三橫波探頭(l_3a)或第二縱波探頭(1-110、第二橫波探頭(1-213)、第四橫波探頭(1-313)，第一空腔密封壓頭^1-1)、UW-2-第二空腔密封壓頭(UW-2)中的兩個(gè)橫波探頭的尾部方向垂直布置，在第一縱波探頭(1-1&)、第一橫波探頭(1-2&)、第三橫波探頭(1-3&)或第二縱波探頭(Ι-lb)、第二橫波探頭(l-2b)、第四橫波探頭(l-3b)前端涂抹耦合劑，壓緊墊片(1-6)穩(wěn)固第一縱波探頭(Ι-la)、第一橫波探頭(l_2a)、第三橫波探頭(l_3a)或第二縱波探頭(l_lb)、第二橫波探頭(l_2b)、第四橫波探頭(l-3b)的位置，用導(dǎo)線(1-12)將分別將第一縱波探頭(Ι-la)、第一橫波探頭(l_2a)、第三橫波探頭(l-3a)或第二縱波探頭(l_lb)、第二橫波探頭(l_2b)、第四橫波探頭(l_3b)與壓頭腔體(1-4)上的導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口( 1-8)內(nèi)側(cè)相連，壓頭上蓋(1-5)的邊緣留有密封槽溝，在槽溝位置布置密封圈(1-11)，用密封銷釘(1-10)將壓頭上蓋(1-5)與壓頭腔體(1-4)密封，用導(dǎo)線(1-12)連接插頭(1-9)和導(dǎo)線轉(zhuǎn)出口( 1-8)的外側(cè)接口，將插頭插入壓力試驗(yàn)機(jī)底座，第一空腔密封壓頭(UW-1)的插頭插入高壓信號(hào)發(fā)射通道端口，通過三軸室底座接口與高壓超聲波發(fā)射卡(3-2)端口相連，第二空腔密封壓頭(UW-2)的插頭插入聲波信號(hào)接收通道端口，通過三軸室底座接口與聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡(3-3)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要4所述的一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的聲 發(fā)射測試裝置它由聲發(fā)射探頭(2-1)、探頭保護(hù)殼(2-2)、密封底蓋(2-3)、密封圈(2-4)、密封銷釘(2-5)、導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口(2-6)、箍緊彈簧(2-7)、導(dǎo)線(2-8)、插頭(2-9)組成，聲發(fā)射探頭(2-1)內(nèi)置于探頭保護(hù)殼(2-2)中，在聲發(fā)射探頭(2-1)端部和探頭保護(hù)殼(2-2)內(nèi)部涂抹耦合劑，用導(dǎo)線(2-8)連接聲發(fā)射探頭(2-1)和導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口(2-6)內(nèi)端；導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口(2-6)與密封底蓋(2-3)相連，密封圈(2-4)放置在探頭保護(hù)殼(2-2)和密封底蓋(2_3)中，用密封銷釘(2-5)將探頭保護(hù)殼(2-2)與密封底蓋(2-3)密封，用導(dǎo)線(2-8)連接導(dǎo)線轉(zhuǎn)接口(2-6)外端和插頭(2-9)，將插頭插入試驗(yàn)機(jī)底座接口，連接到聲發(fā)射信號(hào)接收通道。
7.根據(jù)權(quán)利要4所述的一種巖石聲波、聲發(fā)射同步測量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)同步采集和處理系統(tǒng)它由PC機(jī)(3-1)、高壓信號(hào)發(fā)射卡(3-2)、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡(3-3)、高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件(3-4)、聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡控制軟件(3-5)、導(dǎo)線(3-6 )組成，高壓信號(hào)發(fā)射卡(3-2 )和聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡(3-3 )內(nèi)置于PC機(jī)(3-1)中，通過導(dǎo) 線(3-6)與試驗(yàn)機(jī)底座相連，高壓信號(hào)發(fā)射卡控制軟件(3-4)和聲波與聲發(fā)射信號(hào)接收卡控制軟件(3-5 )安裝在PC機(jī)(3-1)中。
【文檔編號(hào)】G01N29/14GK103954690SQ201410171101
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】楊春和, 李浩然 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所