[发明专利]非接触式固体材料纵波声速测量装置以及声速测量方法

说明书

本发明的非接触式固体材料纵波声速测量装置具备：液体槽，放置有被测物并且填充有不破坏被测物特性的液体；发射换能器，配置在所述液体槽的一侧，发出一系列不同频率的声波；接收换能器，配置在所述液体槽的与配置有所述发射换能器的一侧相对的一侧，接收透过所述被测物的声波；信号采集处理器，对所述接收换能器接收到的声波的波形进行处理，得到一系列不同频率透射声波各自的透射能量，根据透射能量最高时对应的声波频率得到所述被测物的纵波声速。根据本发明，克服了现有技术中接触式声速测量装置不能测量不宜接触材料、疏软材料、较薄材料等材料纵波声速的不足，在本发明中不需要探头与被测物接触，就能够获得准确的被测物纵波声速。

技术领域

本发明涉及一种不需要接触固体材料就能够准确测量其纵波声速的非接触式固体材料纵波声速测量装置以及声速测量方法。

背景技术

目前，公知的固体材料的纵波声速测量是由纵波探头直接与被测物紧密接触，被测物的长度或厚度除以纵波经过此长度或厚度所需时间（以下简称时差）即为该被测物的纵波声速。但是，很多固体材料本身的一些特性使得不适宜与探头直接接触：例如某些腐蚀性较强的材料会对探头造成不可逆损伤；被测物与探头需要紧密接触，这需要一定的紧固压紧措施，而某些固体材料弹性较大，在压紧时发生较大形变而使结果很不准确；某些固体材料表面粗糙、内部疏松（如声波测井领域的岩心特别是疏松岩心）不适宜加压紧固。同时，接触法测量纵波声速对材料厚度有一定的要求，因为材料太薄时声波时差的获取非常困难，对探头的要求非常高。

发明内容

为了克服现有接触式声速测量装置不能测量不宜接触材料、疏软材料、较薄材料等材料纵波声速的不足, 本发明提供一种纵波声速测量装置以及声速测量方法，该测量装置不需要探头与被测物接触，就能够获得准确的被测物纵波声速。

本发明提供一种非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，具备：

液体槽，在其中放置被测物并且填充有不破坏所述被测物的特性的液体；

发射换能器，配置在所述液体槽的一侧，并且发出一系列不同频率的声波；

接收换能器，配置在所述液体槽的与配置有所述发射换能器的一侧相对的一侧，接收透过所述被测物的声波；以及

信号采集处理器，对所述接收换能器接收到的声波的波形进行处理，得到一系列不同频率透射声波各自的透射能量，根据透射能量最高时对应的声波频率得到所述被测物的纵波声速。

此外，在本发明的非接触式固体材料纵波声速测量装置中，根据由所述信号采集处理装置得到的一系列不同频率透射声波的透射能量，得到与各频率对应的声强透射系数，建立所述声强透射系数与各个频率的对应关系表，根据所述声强透射系数与所述被测物的厚度的关系以及所述对应关系表得到所述被测物的纵波声速。

此外，在本发明的非接触式固体材料纵波声速测量装置中，

将所述液体槽中的位于所述发射换能器与所述被测物之间的液体作为第1层介质、将所述被测物作为第2层介质并且将所述被测物与所述接收换能器之间的液体作为第3层介质，设第n层介质的密度、声波速度分别为ρ_n、v_n，其声阻抗为Z_n＝ρ_n×v_n，所述第2层介质的厚度为d，其中，n=1,2,3，

设声波频率为f，则角频率为ω＝2πf，第n层介质的波数k_n如式（1）所示，

(1)，

第n层介质中声波的波长λ_n如式（2）所示，

(2)，

由此，得到第1、2、3层这三层介质的声强透射系数T_I，T_I如式（3）所示，