[發明專利]測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201810582956.5
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108802195B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 陳小峰;孫立川;廖華科;王曉安;趙彥國;宋金利
• 申請（專利權）人: 河北中核巖土工程有限責任公司
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 李榮文

1.一種測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，包括交流信號發生器、功率放大器、半波整流模塊、波速測試儀、穩態激振器、第一傳感器和第二傳感器；

所述交流信號發生器與所述功率放大器電連接，所述功率放大器與所述半波整流模塊電連接，所述波速測試儀分別與所述第一傳感器和所述第二傳感器電連接；所述第一傳感器和所述第二傳感器固定設置在待測巖芯試樣上；

所述穩態激振器包括硅鋼片框架、電磁線圈、振動頭和平衡質量塊；所述硅鋼片框架通過底座固定在所述待測巖芯試樣端面上，所述電磁線圈固定在所述硅鋼片框架內，所述振動頭與所述硅鋼片框架的一端通過彈性部件連接；所述平衡質量塊位于所述硅鋼片框架的另一端，且與所述振動頭通過連接桿固定連接；所述電磁線圈與所述半波整流模塊電連接；

其中，所述穩態激振器激振所述待測巖芯試樣產生橫波，所述第一傳感器實時接收橫波生成第一橫波信號，所述第二傳感器實時接收橫波生成第二橫波信號；當所述穩態激振器工作穩定后，所述波速測試儀器記錄第一橫波信號和第二橫波信號，并根據所述第一橫波信號和所述第二橫波信號，計算得到橫波速度。

2.如權利要求1所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所述交流信號發生器、功率放大器、半波整流模塊和波速測試儀設置在一臺儀器中。

3.如權利要求1所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所述待測巖芯試樣為圓柱型，所述穩態激振器固定在所述待測巖芯試樣的頂部端面上。

4.如權利要求3所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所述穩態激振器的重心位于圓柱型待測巖芯試樣的中心軸線上。

5.如權利要求1所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所述第一傳感器和所述第二傳感器之間的間距大于100毫米。

6.如權利要求1所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所述彈性部件為橡膠彈簧或金屬彈簧。

7.如權利要求5所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所述電磁線圈為漆包線電磁線圈。

8.如權利要求1至7任一項所述的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置，其特征在于，所有的電連接均為通過多芯屏蔽電纜連接。

9.一種采用權利要求1的測量巖芯試樣橫波速度的試驗裝置測量巖芯試樣橫波速度的方法，其特征在于，包括：

信號發生器生成交流信號，并發送所述交流信號到所述功率放大器；

所述功率放大器對所述交流信號進行放大處理，并發送放大后的交流信號到所述半波整流模塊；

所述半波整流模塊對放大后的交流信號進行半波整流處理，并發送半波整流處理后的交流信號到所述電磁線圈；

所述電磁線圈和所述硅鋼片框架組成的電磁鐵在所述半波整流處理后的交流信號作用下產生周期性變化的磁場；

所述振動頭和所述平衡質量塊在所述周期性變化的磁場和所述彈性部件的作用下周期性的往復運動形成振動，激振所述待測巖芯試樣產生橫波；

所述第一傳感器實時接收橫波生成第一橫波信號，所述第二傳感器實時接收橫波生成第二橫波信號；

當所述穩態激振器工作穩定后，所述波速測試儀器記錄第一橫波信號和第二橫波信號，并根據所述第一橫波信號和所述第二橫波信號，計算得到橫波速度。

10.如權利要求9所述的測量巖芯試樣橫波速度的方法，其特征在于，所述波速測試儀器根據所述第一橫波信號和第二橫波信號，計算得到橫波速度的計算過程為：

所述交流信號發生器為所述電磁線圈提供第一交流信號，所述第一交流信號激振頻率為f₁，第一橫波信號和第二橫波信號的相位差為n為橫波在第一傳感器和第二傳感器之間傳播經歷的周期數，則橫波在第一傳感器和第二傳感器之間的傳播時間為：

交流信號發生器為所述激振器提供第二交流信號，其中第二交流信號與第一交流信號的相位差控制在以內，所述第二交流信號激振頻率為f₂，第一橫波信號和第二橫波信號的相位差為則橫波在第一傳感器和第二傳感器之間的傳播時間為

根據公式(1)和(2)，得到

將公式(3)代入公式得到

式中，L為第一傳感器和第二傳感器的距離。