專利名稱：全干式小直徑單孔超聲探測探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬巖土及煤層超聲波檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是一種全干式小直徑單孔超聲探測探頭。
現(xiàn)有的單孔探測探頭均采用園管式超聲波換能器，結(jié)構(gòu)上分為全孔注水式、局部孔注水式、全膠囊內(nèi)充水式、局部膠囊內(nèi)充水式探頭。前兩種屬水式探頭，后兩種屬半干式探頭，使用時均離不開水。水式探頭機構(gòu)復雜，操作繁瑣，工作條件惡劣，勞動強度高，使用極為不便。遇到裂隙較多的鉆孔或在遇水膨脹的巖石中則無法使用。半干式探頭雖可用于裂隙較多的鉆孔和遇水膨脹巖石的鉆孔，但因探頭被膠囊包襄住，超聲波須兩次穿越膠囊，加上膠囊難以與孔壁良好耦合，使得聲波信號衰減太大，難于付諸實用。上述四種探頭，除局部膠囊內(nèi)充水式探頭外，其余三種探頭因使用時整個探頭被水包圍，故所測聲速不能低于水的聲速500米／秒。對于很多有裂隙的場合，就無法測得真正聲速，因而使其使用范圍受到限制。
本實用新型的目的在于提供一種適應性強、方便可靠的全干式小直徑單孔超聲探測探頭。
本實用新型的目的可以通過以下方式來實現(xiàn)一種全干式小直徑單孔探測探頭包括有探頭體，在探頭體的一側(cè)依次安裝有超聲波發(fā)射換能器和二個超聲波接收換能器，另一側(cè)固定有氣囊，通過氣管給氣囊充氣，使探頭固定于孔中，并且使超聲波發(fā)射換能器和二個超聲波接收器的作用面能直接與孔壁緊密接觸，高壓脈沖經(jīng)電纜傳送至超聲波發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成超聲波，經(jīng)發(fā)射換能器的園錐形作用面進入孔壁，其中一部分能量折射成與孔壁平行的滑行縱波分別到達二個超聲波接收換能器，超聲波接收換能器將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換成電信號通過電纜傳出，通過專門的探測儀器能測得兩超聲波接收換能器接收到超聲波的時間差，就得到了有效測量區(qū)段的聲速值，根據(jù)這個聲速值，可對孔壁的力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)作出分析。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.操作簡單，使用方便。采用加壓氣囊，不用注水，改善了勞動條件，降低了勞動強度。
2.結(jié)構(gòu)簡單，只需一個氣筒即可操作。
3.應用范圍廣，由于不注水，除適用于以往各種探頭應用場合外，還可應用在裂隙較多或遇水膨脹的巖體。
4.測速范圍廣，可以幾百米／秒～幾千米／秒。
5.聲學性能好，使所測數(shù)據(jù)的可靠性高。
6.探頭結(jié)構(gòu)堅固，整體機械強度高，抗沖擊性能好，維護簡便。


附圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照附圖所示一種完全干式小直徑單孔超聲探測探頭主要由超聲波發(fā)射換能器1、超聲波接收換能器2、3、探頭體4、電纜5、連桿接頭6、氣管7和氣囊8組成。所述的探頭體4呈園管狀，可用金屬、硬質(zhì)塑料等材料制成，在探頭體4的同一側(cè)沿軸向依次固定著超聲波發(fā)射換能器1和超聲波接收換能器2、3。所述的超聲波發(fā)射換能器1能在高壓脈沖激勵下產(chǎn)生超聲波，所述的超聲波接收換能器2、3能將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波發(fā)射換能器1和超聲的接收換能器2、3均采使夾心式換能器，其作用面加工成園錐狀，使其與孔壁成點接觸。在探頭體4的另一側(cè)固定著氣囊8，氣管7與其連通。測試時，先將探頭放入鉆孔中待測區(qū)段，再用氣筒通過氣管7給氣囊8充氣，使固定在探頭體4上的超聲波發(fā)射換能器1和超聲波接收換能器2、3的作用面與孔壁緊密接觸，使超聲波能順利地出入于孔壁，以利于測試。當探頭不測試時，氣囊8不充氣，依靠氣囊8的彈力緊附于探頭體4上，使探頭能自由出入孔中。由探測儀器產(chǎn)生的高壓脈沖經(jīng)電纜5傳送至超聲波發(fā)射換能器1上，產(chǎn)生的超聲波通過超聲波發(fā)射器1的作用面進入孔壁，其中一部分能量折射成與孔壁平行的滑行縱波，滑行縱波穿過孔壁分別到達超聲波接收換能器2、3上，其產(chǎn)生的電信號經(jīng)電纜5傳給探測儀器，由于超聲波接收換能器2、3之間相隔一定距離，故滑行縱波到達超聲波接收換能器2、3之間的時間差通過探測儀器能夠測得，從而就能測得超聲波接收換能器2、3之間的有效測量區(qū)段的聲速值，根據(jù)這個聲速值，可對孔壁的力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)作出分析。為了使探頭能測深孔在探頭體4右端上固定有連桿接頭6，可加接金屬桿使探頭延伸，連桿接頭6上開有孔，使電纜5和氣管6能從探頭體4孔中引出。
權(quán)利要求1.一種完全干式小直徑單孔超聲波探測探頭，包含由超聲波發(fā)射換能器1、超聲波接收換能器2、3、探頭體4、電纜5、連桿接頭6，其特征在于、還有氣管7和氣囊8，呈園管狀的探頭體4的同一側(cè)沿徑向依次固定著超聲波發(fā)射換能器1和超聲波接收換能器2、3，探頭體4的另一側(cè)固定有氣囊8，探頭體4右端頭上固定有連桿接頭6，電纜6分別連接著超聲波發(fā)射換能器1和超聲波接收換能器2、3，氣管7和氣囊8相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全干式小直徑單孔超聲波探測探頭，其特征在于所述的超聲波波發(fā)射換能器1和超聲波接收換能器2、3采用夾心式換能器，其作用面加工成園錐狀。
專利摘要一種用于測量巖土及煤層的力學和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的完全干式小直徑單孔超聲探測探頭，具有探體4，其上同一側(cè)沿鉆孔軸向依次固定有超聲波發(fā)射換能器1和超聲波接收換能器2、3，另一側(cè)固定有氣囊8，電纜5分別將換能器與專用探測儀相連，氣管7與氣囊8相通，利用氣囊8將探頭固定在孔中，并迫使發(fā)射和接收換能器與孔壁緊密接觸，配合專用測試儀器，測量巖土或煤層的聲速，為工程質(zhì)量的檢測、支護形式的選擇、安全情況的監(jiān)測提供可靠的依據(jù)。
文檔編號G01N29/24GK2103813SQ9123037
公開日1992年5月6日 申請日期1991年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月18日
發(fā)明者張萌, 錢毅, 周家麒, 艾衍祥, 孫永聯(lián), 李仁彬 申請人:中國礦業(yè)大學