【技术实现步骤摘要】
本申请涉及声波发射，具体而言，涉及一种高温高压声波声发射传感器及检测方法。
技术介绍
1、岩石破裂过程中的声波声发射监测是判别裂缝位置和评价岩石统计参数特征的重要手段，声发射测试结果对于提升深部隧道开挖过程中的突发性岩爆监测和实现工程地质灾害的超前预报具有重要作用。然而深部地层存在的高温、高压（孔隙压和围压）工况使得声波声发射检测存在极大难度，严重影响了地球物理方法在岩石灾害预测中的作用。
2、目前，高温高压声波声发射传感器的核心部件——压电陶瓷，是对温度极为敏感的压电材料，其在超出适用环境后温度变化引起的测试误差远大于测试值的波动范围。因此，现有的声波声发射一体化探头主要适用于常温环境；当用于高温环境时，部分学者采用刚性波导杆通过延长热源与探头的距离来降低探头环境温度以提升预测精度。然而波导杆使用过程中不能承受剪切作用，且不应接触其他可产生突发性信号源，以避免监测结果受多个方向波的耦合影响。也就是说，波导杆适用于岩石刚性加载面、岩石剪切试验的剪切界面或加载面，但不能应用于岩石三轴围压方向的测试以及工程现场碎散岩体内的测试。另外，通过压电陶瓷改性可以微量提升压电陶瓷的适用温度范围，但其获取的结果实际仍为岩石破裂声发射信号与温度效应信号的叠加值。
3、因此，需要一种高温高压声波声发射传感器及检测方法解决高温高压环境下声波声发射检测难题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种高温高压声波声发射传感器及检测方法，其能够主动降低压电陶瓷所受的环境温度，并采用考
2、本申请是这样实现的：
3、本申请提供一种高温高压声波声发射传感器，其包括耐压传感器外壳、两个分别连接于耐压传感器外壳的金属耦合片及包裹耐压传感器外壳和两个金属耦合片的pet基外隔热膜，耐压传感器外壳和两个金属耦合片围合形成容纳腔，两个金属耦合片分别通过耐高温耦合胶层连接有位于容纳腔内的温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷，容纳腔内设有信号放大器及两个制冷面分别贴合温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷的热电制冷片，信号放大器的a极分别与两个金属耦合片电连接，信号放大器的b极分别与温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷电连接，耐压传感器外壳连接有贯穿至容纳腔内的三芯电缆接头，三芯电缆接头分别与信号放大器的a极和b极及两个热电制冷片电连接。
4、在一些可选的实施方案中，容纳腔内填充有气凝胶层。
5、在一些可选的实施方案中，耐压传感器外壳内壁设有pet基内隔热膜。
6、在一些可选的实施方案中，温度标定压电陶瓷和/或测试压电陶瓷采用以下方法制备得到：
7、将氧化铋、氧化铁、碳酸钡、二氧化钛及稀土氧化物混合加入无水乙醇作为溶剂进行球磨，得到混合原料粉末；
8、将混合原料粉末预烧结，得到预烧结块体；
9、将预烧结块体研磨均匀加入聚乙烯醇搅拌均匀，得到混合原料胶体；
10、将混合原料胶体压制成圆片进行高温烧结，得到陶瓷体；
11、将陶瓷体清洗、打磨、抛光后在硅油中施加电场进行极化处理。
12、在一些可选的实施方案中，混合原料粉末中氧化铋、氧化铁、碳酸钡、二氧化钛、稀土氧化物和无水乙醇的用量比为：20-30g：5-10g：10-15g：5-10g：0.01-0.1g：50-100ml。
13、在一些可选的实施方案中，预烧结的温度为600-800℃，预烧结时间为4-8小时。
14、在一些可选的实施方案中，将每35-50g预烧结块体研磨均匀加入5-10ml聚乙烯醇混合均匀。
15、在一些可选的实施方案中，高温烧结的温度为950-1150℃，烧结时间为2-4小时。
16、在一些可选的实施方案中，施加电场进行极化处理的电场强度为10-40kv/cm，极化处理时间为30-60min。
17、本申请还提供了上述高温高压声波声发射传感器的检测方法，其包括以下步骤：
18、将高温高压声波声发射传感器的三芯电缆接头与数据采集仪连接；
19、将高温高压声波声发射传感器的测试压电陶瓷对应连接的金属耦合片通过耐高温耦合胶粘贴在金属板上；
20、测定温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷的初始读数，并分别记为 t0t（ t0, mv0）、 s0t（ t0, sv0）；
21、将铅笔芯抵压并压断于金属板上，铅笔芯压断处与测试压电陶瓷对应连接的金属耦合片的距离为i，记录压断开始及之后的特定时刻的温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷读数，并分别记为tit（ti,mvi）、sjt（tj,svj）；
22、使用以下公式计算温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷对同一突发信号 k的时间差：
23、；
24、式中：为温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷对突发信号 k的时间差，s； tik为温度标定压电陶瓷对突发信号 k的响应时间，为 mvi- mv0＞0时的最早出现时间，s； tjk为测试压电陶瓷对突发信号 k的响应时间，为 svi- sv0＞0时的最早出现时间；
25、使用以下公式计算温度标定压电陶瓷对突发信号 k的初始衰减比 sn：
26、；
27、式中： sn为所述温度标定压电陶瓷和所述测试压电陶瓷对突发信号 k的衰减幅值； sv(j+n)k为 tjk+ n（ n≥0）时刻的测试压电陶瓷读数，mv； mv(i+n)k为 tik+ n（ n≥0）时刻温度标定压电陶瓷的读数，mv；
28、将高温高压声波声发射传感器与金属板分离后将测试压电陶瓷对应连接的金属耦合片通过耐高温耦合胶粘贴在岩石表面；
29、对岩石进行高温高压处理，并记录处理过程中温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷读数分别记为 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温高压声波声发射传感器，其特征在于，其包括耐压传感器外壳、两个分别连接于所述耐压传感器外壳的金属耦合片及包裹所述耐压传感器外壳和两个所述金属耦合片的PET基外隔热膜，所述耐压传感器外壳和两个所述金属耦合片围合形成容纳腔，两个所述金属耦合片分别通过耐高温耦合胶层连接有位于所述容纳腔内的温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷，所述容纳腔内设有信号放大器及两个制冷面分别贴合所述温度标定压电陶瓷和所述测试压电陶瓷的热电制冷片，所述信号放大器的A极分别与两个所述金属耦合片电连接，所述信号放大器的B极分别与所述温度标定压电陶瓷和所述测试压电陶瓷电连接，所述耐压传感器外壳连接有贯穿至所述容纳腔内的三芯电缆接头，所述三芯电缆接头分别与所述信号放大器的A极和B极及两个所述热电制冷片电连接。
2.根据权利要求1所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述容纳腔内填充有气凝胶层。
3.根据权利要求1所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述耐压传感器外壳内壁设有PET基内隔热膜。
4.根据权利要求1所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述温度标定
5.根据权利要求4所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述混合原料粉末中所述氧化铋、所述氧化铁、所述碳酸钡、所述二氧化钛、所述稀土氧化物和所述无水乙醇的用量比为：20-30g：5-10g：10-15g：5-10g：0.01-0.1g：50-100mL。
6.根据权利要求4所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述预烧结的温度为600-800℃，预烧结时间为4-8小时。
7.根据权利要求4所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，将每35-50g所述预烧结块体研磨均匀加入5-10mL聚乙烯醇混合均匀。
8.根据权利要求4所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述高温烧结的温度为950-1150℃，烧结时间为2-4小时。
9.根据权利要求4所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，施加电场进行极化处理的电场强度为10-40kV/cm，极化处理时间为30-60min。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的高温高压声波声发射传感器的检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高温高压声波声发射传感器，其特征在于，其包括耐压传感器外壳、两个分别连接于所述耐压传感器外壳的金属耦合片及包裹所述耐压传感器外壳和两个所述金属耦合片的pet基外隔热膜，所述耐压传感器外壳和两个所述金属耦合片围合形成容纳腔，两个所述金属耦合片分别通过耐高温耦合胶层连接有位于所述容纳腔内的温度标定压电陶瓷和测试压电陶瓷，所述容纳腔内设有信号放大器及两个制冷面分别贴合所述温度标定压电陶瓷和所述测试压电陶瓷的热电制冷片，所述信号放大器的a极分别与两个所述金属耦合片电连接，所述信号放大器的b极分别与所述温度标定压电陶瓷和所述测试压电陶瓷电连接，所述耐压传感器外壳连接有贯穿至所述容纳腔内的三芯电缆接头，所述三芯电缆接头分别与所述信号放大器的a极和b极及两个所述热电制冷片电连接。
2.根据权利要求1所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述容纳腔内填充有气凝胶层。
3.根据权利要求1所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述耐压传感器外壳内壁设有pet基内隔热膜。
4.根据权利要求1所述的高温高压声波声发射传感器，其特征在于，所述温度标定压电陶瓷和/或所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈之祥，薛强，万勇，胡子尧，毛瑞彪，吴青钱，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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