声波探测技术实验指导书-丁彦礼

地球物理课程实验指导书系列之声波探测技术实验指导书丁彦礼编著桂林理工大学地球科学学院二O一二年三月实验一：声波仪的认识及操作一、实验目的与要求1、了解WSD-2数字声波仪。2、掌握WSD-2数字声波仪的操作。3、掌握零声时的测量方法。二、实验安排1、同学首先浏览“WSD-2型数字声波仪使用说明书”；2、由老师介绍WSD-2型数字声波仪并演示操作；3、学生分组轮流练习仪器操作；4、学生分组用标准声时块进行零声时的测定。三、实验仪器及材料准备1、WSD-2数字声波仪；2、100Khz或250KHz收发换能器；12V电瓶；3、耦合剂（如黄油）；4、WSD-2型数字声波仪使用说明书。四、实验内容、方法（一）浏览WSD-2型数字声波仪使用说明书1、了解介绍仪器的特点和主要功能、技术指标，仪器的面板功能和充电器的使用。仪器的成套性、测量前的准备、仪器的维护以及注意事项。2、了解工作参数的设置方法及步骤包括光电旋钮的作用和使用方法，菜单的一般操作规则；[系统参数]和[测量参数]的输入以及输入范围，各参数输入的系统默认单位和一些系统约定。3、了解数据采集、调节、读数和存盘包括介绍了仪器的各种触发方式，基线及门限的调节；怎样调节延时时间和采样间隔；手动读数和存盘；以及零声时的测试方法4、了解波形处理对采集的波形怎样进行放大、收缩和拉伸；数字滤波和频谱分析，以及谱分析后的各种操作。5、了解文件操作查看当前测试的记录，查看以前存储的文件和记录，以及回调文件中的记录。怎样删除记录、文件和目录。怎样打印数据和文件的转储与接收。6、了解分析功能测桩、测强、浅裂缝、深裂缝、不密实、匀质性和测井等各种分析软件的操作，以及编程的依据，和一些野外的施工方法。（二）WSD-2型数字声波仪的基本操作由知道老师讲解并演示WSD-2型声波仪的参数设置及操作。学生认真听老师的讲解后，依据老师的演示并结合仪器操作说明书练习仪器操作。（三）零声时的测定1、零声时零声时是仪器测试标准声时棒得到的声时值与标准声时棒的标称值之差，即为收、发换能器的响应延时和仪器通道的延时。2、测读方法（1）将收、发换能器良好藕合在标准声时棒的两侧（可用黄油藕合，也可用其它藕合剂），把收、发换能器插头接至仪器“信号通道”和“发射”插座上。（2）开机，设置参数：采样间隔：0.1us采样长度：1024采样道数：1触发方式：连续发射电压：100V发射脉宽：20us延时时间：0.2us当前通道:一或二(应与输入插座对应)通道增益：20dB零声时：0滤波器：10～500K收发距：标准声时棒的长度标称值修正值：0（3）执行“采样”，可调节增益、延时、采样间隔、门限等，使首波达到清晰易读为止。然后轻压旋钮停止采样。将该声时值减去标准声时棒的标称值，则得到零声时。（4）进入“测量参数”，将该值输入至通道的“零声时”处。【说明】零声时是收、发换能器的响应延时和仪器通道的延时之和，因此在双道工作时，应测出每个接收换能器的零声时，输入到对应道号下的“零声时”中，以保证测量的精确性。五、注意事项1、使用前先检查仪器是否正常；2、仪器工作时应远离强电磁场；3、只能做发射或接收用的声波换能器，在工作时，严禁将其反接在仪器上；4、仪器使用电瓶工作时，应仔细检查正、负极是否接反；实验二：石材的波速测定及评价一、实验目的与要求1、掌握同侧直达波法测量材料或构件声学参数的方法。2、掌握透射法测量材料或构件声学参数的方法。3、掌握声时、声速判读的方法。4、学会利用声速（或声速）声幅对材料或构件进行评价的方法。二、实验安排1、由老师介绍实验方法及步骤；2、在老师的指导下，学生分组轮流进行测量操作。三、实验仪器及材料准备1、WSD-2数字声波仪；2、100Khz或250KHz收发换能器；12V电瓶；3、耦合剂（如黄油）；4、实验石材。四、实验内容、方法（一）平测法R1TR2R3R4R5测试模型图1同侧直达波法示意图1、方法简介同侧直达波法是在模型的一个平面上进行测量，测量方法类似反射波法。与反射波法不同的是该方法利用的是直达波，通过判读直达波的声时和声幅进行评价。2、测量示意图同侧直达波法测量示意图如图1所示。3、测量要求采用100Khz或250KHz换能器，发-收距分别为20、30、40、50、60cm，测量直达波的声时、声幅。4、数据处理（1）根据测量的声时值绘制声时-距离曲线图，计算石材的波速。（2）根据测量的声幅值绘制声幅-距离曲线图，评价石材表面的均匀性。（二）透射法1、方法简介透射法又称为直透法，是发射换能器（T）和接收换能器（R）在非同一平面（一般是两个面）设置，都是研究由发射换能器发射并通过被测介质传来的直达波或绕射波。2、测量示意图透射法测量示意图如图2所示。RT测试模型RTRTRTRTRTRTRT图2透射法测量示意图3、测量要求在实验室模型石材的两个相对侧面的中心测量。采用100Khz或250KHz换能器，测量点距为10cm，完成一条测线。4、数据处理（1）根据测量的声时值，计算石材的波速。（2）根据测量的声幅值绘制声幅-距离曲线图，评价石材的均匀性。（三）实验报告根据上边两个实验的数据及结果，撰写实验报告。五、注意事项1、使用前先检查仪器是否正常；2、仪器工作时应远离强电磁场；3、只能做发射或接收用的声波换能器，在工作时，严禁将其反接在仪器上；4、仪器使用电瓶工作时，应仔细检查正、负极是否接反；5、应将被测模型测试面清扫干净，并用黄油或其它耦合剂将发射、接收换能器固定在测试面上。实验三：混凝土构件质量的超声波检测一、实验目的与要求1、掌握透射法检测混凝土构件的方法。2、掌握混凝土匀质性及不密实区的检测方法。4、掌握混凝土匀质性及不密实区的评价方法。二、实验安排1、由老师介绍实验方法及步骤；2、在老师的指导下，学生分组轮流进行测量操作。三、实验仪器及材料准备1、WSD-2数字声波仪；2、50Khz或100KHz收发换能器；12V电瓶；3、耦合剂（如黄油）；4、混凝土柱。四、实验内容、方法（一）检测方法本次测量采用平面对测法，在测试部位两对相互平行的测试面上，分别画出等间距的网格，并编号确定对应的测点位置，然后将换能器经耦合剂分别置于对应测点上，逐点读取相应的声时（it）、波幅（iA）和频率（if），并量取测试距离（il）。测量示意图如下图1所示。图1平面对测法示意图（二）测量要求1、在混凝土柱的两个相对侧面测量，采用50Khz或100KHz换能器；2、测网间距为10cm，完成一个测区的测量；3、测点离混凝土柱的边界至少5cm。（三）数据处理（1）根据波速和振幅进行评价。（2）利用标准差和离差系数评价混凝土柱的匀质性。（3）根据统计方法判断混凝土柱的不密实区（假定混凝土柱存在不密实区）。（四）实验报告根据实验的数据及评价结果，撰写实验报告。五、注意事项1、使用前先检查仪器是否正常；2、仪器工作时应远离强电磁场；3、只能做发射或接收用的声波换能器，在工作时，严禁将其反接在仪器上；4、仪器使用电瓶工作时，应仔细检查正、负极是否接反；5、应将被测混凝土柱测试面清扫干净，并用黄油或其它耦合剂将发射、接收换能器固定在测试面上。