EN 14579 天然石材測試方法 - 聲速傳播的測定

歐洲標準「EN 14579 天然石材測試方法 - 聲音傳播速度的測定」描述了一種在實驗室和現場測定天然石材中超音波縱波傳播速度的方法。

在進行測試時，與被測寶石表面接觸的電聲換能器會產生由縱向振動組成的脈衝。振動脈衝在寶石中經過已知路徑長度後，由第二個感測器轉換成電訊號，然後電子計時電路可以測量脈衝的傳播時間。

這些測試中使用的儀器主要由一個電脈衝產生器、一對感測器、一個放大器和一個電子計時器組成，用於測量發射感測器產生的脈衝開始和到達接收感測器之間的時間間隔。

電子計時裝置有兩種：

• 示波器以適當的時間尺度顯示脈衝的初始前緣
• 直讀數字顯示的間隔計時器

示波器具有檢查波形的能力，這在複雜情況下非常有用。

測試中使用的設備必須符合以下性能要求：

• 測量校準條上的轉換時間，精確度為正負 0,1 µs
• 為了提供尖銳的脈衝起始，即施加到發射換能器的電子激勵脈衝的上升時間不大於其自然週期的四分之一。
• 脈衝重複頻率足夠低，以確保接收訊號的開始不會被迴聲所掩蓋。

測試中也使用了感測器。這些設備的固有頻率應在 20 至 150 kHz 範圍內。有時可以使用低至 10 kHz 和高至 200 kHz 的頻率。高頻脈衝具有明確的起始點，但當高頻脈衝穿過天然石材時，其衰減速度比低頻脈衝更快。因此，對於短路徑長度（最長 50 毫米），最好使用高頻換能器（82 kHz 至 200 kHz），對於長路徑長度（最長 15 公尺），最好使用低頻換能器（10 kHz 至 40 kHz）。已發現頻率為 40 kHz 至 82 kHz 的感測器對於大多數應用都是有用的。

測試中也使用了儀器來確定撞擊的到達時間。該裝置應該能夠確定脈衝第一波的到達時間，即使與脈衝的第一個半波相比其幅度很小。

此外，測試中還使用了精度為 0,01% 的稱重裝置和可保持 70 度±5 度溫度的通風烤箱。

除非特別要求，採樣不屬於測試實驗室的責任。應從同質批次中選擇至少 6 個樣本。

作為標準參考，樣品的最終表面應被鋸切或粗糙化。測試樣本必須是尺寸為 2 毫米 x 300 毫米 x 75 毫米的棱柱體，公差為正負 50 毫米。如果石材表現出各向異性的平面（例如層理、葉理），則應製備樣品，使其長軸平行或垂直於這些平面。樣品應在 70 度±5 度的溫度下乾燥，直到質量恆定。如果間隔 24 小時加減 2 小時進行的兩次稱重之間的差值不超過第一次質量的 0,1%，則認為滿足該條件。

測試期間，設備必須在製造商指定的操作條件下使用。為了確保可重複的衝擊速度測量，需要考慮可能影響測量的各種因素。所需資訊包含在標準附件（附件B）中。

當佈置換能器時，可以偵測穿過天然石材的衝擊，該衝擊的方向不是發射最大能量的方向，而是與發射換能器的表面成直角。因此，可以透過將兩個感測器放置在相對的面上（直接傳輸）、相鄰的面上（半直接傳輸）或同一面上（間接或表面傳輸）來進行脈衝速度測量。

可能需要將換能器放置在相對的表面上，但它們不應直接放置在彼此的對面。這種安排應被視為半直接傳輸。間接傳導方式靈敏度最低，應用於只能接觸天然石材單面的現場測量，或確定近表面層的強度而非石材本身的強度更為重要的情況。半直接傳導調節的靈敏度介於其他兩種調節之間，僅應在無法使用直接調節時使用。

對於直接傳輸，路徑長度是感測器之間的距離，測量精度為正負 1%。對於準直接傳輸，通常發現將路徑長度作為轉換器表面中心到中心測量的距離是足夠準確的。測量路徑長度的精度取決於感測器的尺寸與中心到中心距離的比較，必須進行估算。在間接傳輸中，不測量路徑長度，而是使用不同距離的感測器進行一系列測量。

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