Методика определения скорости продольных и поперечных волн на ук-10п
Скорости продольных и поперечных волн определяются по времени Тр и Тs прохождения импульсов в образце на измеренном интервале L между излучающим и приемным преобразователями (рис. 1).
Рисунок 1
Поскольку в элементах акустического тракта (переходные контакты, концентраторы) происходит задержка импульсов упругих волн ∆t, вводится поправка – коэффициент коррекции времени К =∆t (мкс).
Прибор УК-10П имеет микропроцессор для автоматического вычисления скорости продольных волн по времени Тр прихода импульсов на заданной базе L. Индикация измеренных и вычисленных величин выводится на экран электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).
Измерение времени прихода импульсов поперечных волн Тs осуществляется визуально по градуированной шкале на экране ЭЛТ. Для этого шкала времени должна быть предварительно откалибрована по образцам из оргстекла или по уже известным измеренным образцам материала.
Отсчет времени Тр прихода импульсов в автоматическом режиме установлен по излому горизонтальной линии развертки первовступлением полуволны при условии, что амплитуда полуволны достигает величины не менее трех клеток вертикальной шкалы ЭЛТ (рис.2)
Рисунок 2
Особенности определения скорости поперечных волн
В однородной твердой среде наибольшую скорость имеет волна сжатия. Импульс волны сжатия (продольной волны) проходит через базу прозвучивания первым – первое отклонение горизонтальной линии развертки.
Вслед за импульсом продольной волны распространяется волна сдвига – волна упругости формы. Поперечная волна приходит к приемному датчику в тот момент, когда колебания продольной еще не затухли. С этого момента обе волны накладываются друг на друга, образуя сложный колебательный процесс интерференции. Поперечная волна формы имеет большую амплитуду колебания, поэтому после первых слабых фаз вырастает до величины, доминирующей в сложном колебании.
Однако и слабые первые фазы поперечной волны деформируют синусоиду продольной волны, что видно по излому кривой в зависимости от угла наклона концентратора приемного датчика (см. рис.2). Точку излома синусоиды следует отметить и произвести отсчет времени Тs от начала развертки до этой точки.
Определение времени вступления S-волн требует определенного навыка оператора. Число микросекунд, входящих в одну клетку, устанавливается при калибровке шкалы по калибровочным образцам из оргстекла. Общая длина (база) двух образцов оргстекла L равняется 130 мм. При прозвучивании состыкованных образцов получается время Т, равное 50 мкс. Наблюдая аналоговый сигнал в Режиме 4, с помощью ручки и «растяжки» развертки (∆) устанавливается точка излома кривой против вертикальной линии конца пятой клетки. Таким образом, получаем цену деления одной клетки, равную 10 мкс.
При использовании излучающих датчиков с частотами до 100 КГц включительно приемным датчиком может служить один и тот же преобразователь П III – П 33МС. На более высоких частотах для приема подключаются датчики с той же частотой, что и излучающие.
Как правило, для однозначного отсчета времени прихода волн следует добиваться более высокой крутизны переднего фронта приходящего импульса, для чего нужно подключать более высокочастотные датчики – 100-200-400 КГц. Однако в слабых и рыхлых образцах на этих частотах затухание волн высоко и амплитуда первой полуволны не достигает нужной величины (три клетки). В таких случаях следует переходить к низким частотам, т.е. подключать излучающие преобразователи на 60 и 25 КГц (табл.1). Точность отсчета при этом снижается.
Таблица 1.
Приемные и излучающие датчики
-
Обозначение
F
КГц
Режим
Излучение-Прием
П III – 0.025 – П31МС
25
И - П
П III – 0.06 – П31МС
60
И - П
П III – 0.1 – П31МС
100
И - П
П III – 0.15 – П31МС
150
И - П
П III – 0.2 – ПН19МС
200
И - П
П III – 0.4 – ПН19МС
400
И - П
П III – 0.6 – ПН19МС
600
И - П
П III – П33МС
25-100
Приемный
П III – 1.0 – ПН17МС
1000
И - П
Органы управления и настройки прибора УК-10П
1 Кнопка «Сброс» - для установки и возвращения в режим набора данных
2 Кнопка «=» - осуществляет ввод набранных значений в программу процессора (аналогично “Enter” ЭВМ)
3 Кнопка «Стир» для удаления численного значения последнего введенного параметра.
4 Цифровые кнопки – для набора числовых величин. Цифры набираются подряд, передвижка разряда происходит автоматически.
5 Кнопка «Измерение» - нажать после выполнения всех операций по вводу данных и после нажатия кнопки «=».
6 Кнопка «АК» не задействована.
7 Кнопка «,» (запятая) не задействована.
Если необходимо «сжать» или «растянуть» волновую картину, следует вращать рукоятку Λ на верхней панели блока А7 под крышкой прибора. Рукоятки ▼ и ▼▼ на блоке А7 служат для регулировки задержки соответственно плавно и грубо. Необходимость в задержке развертки возникает при прозвучивании больших интервалов (Базы L) 0.5-1.5 м.
8 Кнопка «х10» служит для увеличения длительности развертки примерно в 10 раз.
9 Кнопка «40dB» используется для ослабления сигнала в 100 раз.
Рукоятка ∆ на верхней панели блока А9 служит для плавной регулировки усиления в ручном режиме, задаваемом кнопкой « ∆ » - «»
Ручная регулировка усиления применяется в тех случаях, когда сигнал (амплитуда первой полуволны) слаб или слишком сильный и АРУ (автоматическая регулировка усиления) не срабатывает.
Режимы работы УК-10П
Режим 1. Режим измерения скорости С, амплитуды первой полуволны А, прочности R по заданным: L – база, В – средняя прочность, D – поправочный коэффициент, К – поправка задержки.
Режим 2. Измерение базы L по заданной С.
Режим 3. То же, что и режим 1, но с повторением через заданный интервал времени (10 сек)
Режим 4. Измерение вручную. На экране волновая картина сигнала до нажатия кнопки «Сброс».
Режим 5. Работа с ЭВМ или ЦПУ.
Режим 6. Периодические повторения измерения с индикацией на экране результатов и аналогового сигнала до момента уменьшения измеряемого времени до заданной величины.
Режим 7. Измерение с автоматическим введением базы прозвучивания (к разъему «База») от сервисного устройства.
Порядок работы с прибором УК-10П
1.Подключить к разъему € датчик ПШ-01 ПМС; к разъему Ə - ПШ-П33МС.
2.Установить датчики в зажимное устройство, поместив между ними испытываемый образец. (Предварительно нанести на активные поверхности датчиков по 0,1г. контактной смазки).
3.С помощью рычага прижать датчики к образцу, обеспечив соосное расположение элементов.
4.Включить прибор УК10ПМС. Установить Режим 4 и нажать кнопку «=». На экране ЭЛТ должен появиться аналоговый сигнал и буквенная надпись.
5.С помощью ручек настройки отрегулировать изображение для удобного наблюдения волновой картины.
6.Если амплитуда первой полуволны достигает 3-х клеток вертикальной шкалы на экране ЭЛТ, то следует перейти в Режим-1 автоматического измерения, для этого:
7.Нажать кнопку «Сброс», режим-1 и нажать кнопку «=».
8.Последовательно, по мере появления на экране запрашиваемых параметров, Т-АСВР, В, D, К, «Конус», внести числовые значения с помощью кнопок L - в мм.; Т-АСВР - установить 0,1; В- коэффициент по методике ГОСТ 17624-78 ; D -коэффициент по методике ГОСТ 17624-78; К-коррекция времени 2,15мкс; Конус-0.
Ненужные параметры следует убрать кнопкой «Стир».
После набора числового значения каждого параметра следует нажимать кнопку «=» аналогично (Enter).
Любое повторение ввода данных осуществляется через кнопки «Сброс» и «=».
9. Нажать кнопку «Измерение».
Если на цифробуквенном табло появляется неадекватная информация, например, Т=638245 мкс, С=15.265м/c, то это означает недостаточный уровень приходящего сигнала, или появление электрической помехи в виде импульса в самом начале развертки. Для увеличения уровня сигнала нужно повысить усилие прижатия датчика к образцу, наблюдая волновую картину в Режиме 4. Обычно для крепких (устойчивой формы) образцов достигается достаточный уровень сигнала при среднем усилии прижатия датчика.
Для устранения сигнала электрической помехи следует найти контактную цепь (точку электрического контакта) корпуса датчика с металлом зажимного устройства и обеспечить электрическую изоляцию датчика с помощью изоленты, полиэтиленовой пленки и т.п. После этого следует повторить измерения.
Оборудование: образцы грунта, линейка или штангенциркуль, весы, приемные и излучающие датчики, прибор УК-10П.
Порядок выполнения работы
Измерить длину, диаметр, массу образцов грунта, определить их объем и вычислить плотность грунта.
На приборе УК-10П в режиме №4 добиться, чтобы амплитуда первой полуволны достигла 3-х клеток вертикальной шкалы на экране ЭЛТ. После этого перейти в режим №1 для автоматического измерения скорости продольной волны Ср. Измерение провести не менее 3-х раз и определить среднее значение.
В режиме №4 необходимо взять отсчет времени Тs от начала развертки до точки излома (см. рис 2.), посчитав число клеток на экране ЭЛТ (цена деления одной клетки равна 10 мкс) и определить скорость поперечной волны Cs по формуле:
Cs = L / Тs
где Cs - скорость поперечной волны м/с; L - интервал между излучающим и приемным преобразователями (длина образца грунта), см; Тs – время поперечной волны, мкс.
Вычислить коэффициент Пуассона μ, модуль упругости Е, коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона К, и модуль сдвига G.
Все расчеты занести в журнал наблюдений.
Таблица 2.