超聲波測量

超聲波測量是指測量頻率超過16-20kHz的彈性波在巖體中傳播速度的方法。由於超聲波的波長小，發射的定向性高。所以能精確地測定超聲波傳播速度。主要用於測試室內岩石試件，在測定範圍小於1m時亦可用來測定圍巖破裂、鬆動範圍等。它所用的儀器與聲波測量相同，僅發射裝置所激發波的頻率不同 ^[1]  。

超聲波測厚儀有脈衝式、共振式、蘭姆波式三種類型。在石化行業中，使用較為普遍的是脈衝反射式聲速預置型超聲波測厚儀(通常採用焦距為5mm、頻率為5MHz的組合雙品直探頭)其測厚原理如圖1所示。

測厚儀的發射晶片在高頻電脈衝觸發下產生超聲波T。超聲波透過有機玻璃延遲塊和耦合劑到達工件表面。其中一部分超聲波被工件前表面反射回接收晶片形成界面反射波S，剩餘部分則穿過工件在底面發生反射，反射波的一部分又穿過工件表面和延遲塊到達接收晶片形成底面反射波B。接收晶片接收的超聲波形示於圖1a。因為界面反射波的波幅很小，低於檢出電平，所以測厚儀上設置了調零旋鈕。調節調零旋鈕，改變零點調節脈衝的方波寬度，使之等於T到S的時間間隔(圖1b)，以消除有機玻璃延遲塊的影響(圖1c)。實際測厚中，往往將探頭放在標準厚度的試塊上，調節調零旋鈕，使測厚儀上的顯示厚度值等於標準試塊的厚度，從而間接地判別零點調節脈衝的寬度是否等於T至S的寬度，俗稱“校零” ^[2]  。

測量頻率為2-20kHz的彈性波在巖體中傳播速度和衰減的方法。它可用以測量岩石動彈性模量、圍巖的鬆動範圍、應力的變化和巖體工程分類的有關參數等。用於測量巖體表面和聲波測井的範圍為5-10m。中國礦山常用於井下測定岩石聲波傳播速度的儀器有SYC-2和SYC-3型 ^[2]  。

受力巖體內部發生微小破壞時，釋放的彈性能所形成的彈性波在可聞聲範圍，會發出聲響，即聲發射，在礦山常稱為巖音或地音。單位時間內發生的地音次數稱為地音(或巖音)頻度，地音的頻度、音量和音色是與巖體內應力狀態變化、破壞程度相適應的，故可預報巖體的破壞。較大的聲發射可由人耳直接聽到。微弱的可利用地音儀收聽。地音儀由探頭、放大器、耳機或記錄儀三部分組成，巖音振動經探頭內側拾振器轉為電訊號，經前置放大後由電纜線輸至主放大器放大，在輸出端用耳機收聽或記錄儀記錄 ^[3]  。