第七章_岩体声波测试

1、 （a）压电式换能器结构图）压电式换能器结构图 （b）力学模型）力学模型 图图7.1-1 压电式换能器及其力学模型压电式换能器及其力学模型)1 ()21)(1 (2 pdpvE)1 (21 dsEppGv（7.0-2）（7.0-3）pGvdp2 （7.0-1）图图7.2-1 岩体声波测试的各种工作方式示意图岩体声波测试的各种工作方式示意图岩石种类纵波速度vp（km/s）岩石种类纵波速度vp（km/s）花岗岩、砂砾岩玢岩安山岩、玄武岩石英岩砂岩（中古生代）粘板岩（中古生代）燧石辉绿凝灰岩石灰岩3.2-5.83.2-8.53.0-5.33.0-5.83.0-5.62.8-5.43.0-5.62.7

2、-5.43.0-5.6页岩（第三纪）砂岩（第三纪）火山角砾、角砾、凝灰岩凝灰岩片麻岩千枚岩、石墨片岩石英片岩绿色片岩2.5-4.62.7-4.62.6-4.62.6-4.32.8-5.72.8-5.22.8-5.72.8-5.2表表7.2-1 部分岩石纵波波速参考值部分岩石纵波波速参考值主要参数主要参数性性 质质 及及 使使 用用 要要 求求工作频率工作频率1.1.由设备的要求和使用的目的确定。由设备的要求和使用的目的确定。2.2.发射：要求工作在它的谐振基频上，以获得最大电声效率和最大发射灵敏发射：要求工作在它的谐振基频上，以获得最大电声效率和最大发射灵敏度。度。3.3.接收：要求有平坦的接

3、收响应。接收：要求有平坦的接收响应。频率特性频率特性频率特性即换能器的频率响应。起伏越小，则工作频率范围就越宽，其性能频率特性即换能器的频率响应。起伏越小，则工作频率范围就越宽，其性能就越好。就越好。阻抗特性阻抗特性1.1.考虑换能器阻抗特性与发射机，接收放大器进行充分匹配和调谐的性能。考虑换能器阻抗特性与发射机，接收放大器进行充分匹配和调谐的性能。2.2.对于发射换能器而言，换能器的输入阻抗要最小。对于发射换能器而言，换能器的输入阻抗要最小。3.3.对于接收换能器而言，放大器的输入阻抗必须远大于换能器的输出阻抗。对于接收换能器而言，放大器的输入阻抗必须远大于换能器的输出阻抗。品质因数品质因数

4、描述共振峰尖锐程度的量。描述共振峰尖锐程度的量。电声效率电声效率电声效率和机电的乘积，也是衡量一个发射换能器质量的主要标志之一。电声效率和机电的乘积，也是衡量一个发射换能器质量的主要标志之一。方向性方向性1.1.对于发射换能器是用来说明换能器向空间辐射声能的分布情况。对于发射换能器是用来说明换能器向空间辐射声能的分布情况。2.2.对于接收换能器是指接收的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。对于接收换能器是指接收的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。类类 型型主主 要要 用用 途途喇叭型喇叭型（或夹心式）（或夹心式）主要用来做发射换能器，尤其在岩石表面用作对穿测试主要用来做发射换能器，尤其在岩石表面

5、用作对穿测试单片弯曲式单片弯曲式具有结构简单、轻便、低频、灵敏度高等优点，但强度差，所以一具有结构简单、轻便、低频、灵敏度高等优点，但强度差，所以一般只作为接收用。般只作为接收用。增压式增压式具有轻便、低频、宽频及低于谐振点时有较高接收灵敏度等特点，具有轻便、低频、宽频及低于谐振点时有较高接收灵敏度等特点，用于钻孔或风钻孔。用于钻孔或风钻孔。圆管式圆管式加工较增压式简单，一般用此代替，用于钻孔。加工较增压式简单，一般用此代替，用于钻孔。单孔测井式单孔测井式一发双收、双发双收等型式。一发双收、双发双收等型式。高频换能器高频换能器用于岩石试样，频率一般大于用于岩石试样，频率一般大于100KHz10

6、0KHz。横波换能器横波换能器厚度切变型压电陶瓷，用于室内岩石测试。厚度切变型压电陶瓷，用于室内岩石测试。斜入射换能器斜入射换能器用于地下洞室围岩锚喷混凝土厚度检测。用于地下洞室围岩锚喷混凝土厚度检测。表表7.2-3 压电换能器类型压电换能器类型 式中式中001212222ZYXL 120011222000211212000211sinsinsincoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscosLLLZLLLYLLLX 7 横波测试与识别横波测试与识别 由于横波到达的时间比纵波晚，纵波余振一般由于横波到达的时间比纵波晚，纵波余振一般较长，造成纵、横波相互叠加现象，因而给识别横较长，造成纵、横波相互叠加现象，因而给识别横波带来一定困难。在目前还没有岩体专用横波压电波带来一定困难。在目前还没有岩体专用横波压电换能器的情况下，可用以下几条原则识别纵横波：换能器的情况下，可用以下几