DE701341C - igkeit und Daempfung von Wellen imErdboden und anderen festen Koerpern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung von Wellen im Erdboden und anderen festen Körpern Eine der wichtigsten Aufgaben der Erdbodenforschung ist die Bestimmung der Laufzeit von Erschütterungswellen. Derartige Feststellungen sind bisher meist mit Hilfe einer Stoßerregung z. B. durch eine Explosion ausgeführt worden, wobei aus der zeitlichen Verzögerung des Eintreffens der Kopfwelle am Empfangsort auf die Laufzeit und aus der Dispersion auf die Abhängigkeit der Laufzeit von der Frequenz bzw. auf den Weg der Welle geschlossen worden ist. Auch hat man schon den Boden sinusförmig durch eine Schwingmaschine erregt und aus der Interferenz der am Empfangsort einlaufenden Wellen auf die Laufzeit der Wellen und die Schichtung des Bodens geschlossen.
• Ebenso sind seismische Aufnahmeverfahren bekannt, bei denen die von zwei Empfängern aufgenommenen Schwingungen gleicher Frequenz, aber verschiedener Phase einander überlagert werden; dies geschieht zur Ausblendung des direkten vom Sender eintreffenden Strahles, da nur der indirekte Strahl empfangen werden soll. Aus diesem Grunde müssen bei den bekannten Verfahren die Phasen der uon den Empfängern gelieferten Ströme um i8o° gegeneinander versetzt sein, was durch geeignete Gegeneinanderschaltung oder mit Hilfe eines Phasenschiebers erreicht wird.
• Bei dem neuen Verfahren wird in an sich bekannter Weise der zu untersuchende Boden durch eine Schwingmaschine i in sinusförmige Erregung versetzt, am ,Empfangsort die Schwingung durch einen elektrischen Schwingungsmesser a empfangen, in elektrische Spannungsschwankungen umgewandelt, :durch einen Verstärker 3 verstärkt und durch ein Meßinstrument q. angezeigt. Erfindungsgemäß wird nun der hinter dem elektrischen Schwingungsmesser a erzeugten Wechselspannung eine Wechselspannung gleicher Frequenz überlagert, deren Phase jedoch ,der Schwingungsphase am Orte der Schwingmaschine entspricht. Diese Wechselspannung kann beispielsweise unmittelbar aus der elektrischen Schwingmaschine, sofern diese durch Wechselstrom, der gleich der Schwingfrequenz der Schwingmaschine ist, erregt wird, entnommen werden. Sie kann aber auch, wie dies in Abb. i dargestellt ist, durch einen weiteren elektrischen Schwingungsmesser 5, der beispielsweise auf der Sch«-ingmaschine angebracht oder in ihrer unmittelbaren Nähe aufgestellt ist, erzeugt werden. Zweckmäßig wird man die vom Schwingungsmesser 5 erzeugte Spannung etwa ebenso groß wie die hinter dem Schwingungsmeßgerät 2 entstandene Wechselspannung wählen und zur Einstellung der Amplitude dieser Spannung einen Verstärker 6 in der elektrischen Leitung vom Sende- zum Empfangsort vorsehen.
• Die Bestimmung der Laufzeit in dem Erdboden geht folgendermaßen vor sich: Zunächst wird durch Veränderung der Frequenz der Schwingmaschine und durch Einstellung der Amplitude mit Hilfe des Verstärkers 6 der Ausschlag an dem Instrumentq. zu Null gebracht und die Frequenz f1 der Schwingmaschine gemessen. In diesem Falle ist die vom Schwingungsmesser 2 hervorgerufene .Spannung gerade um i äo° gegenüber der Spannung hinter dem Schwingungsmesser 5 versetzt. Danach wird langsam die Frequenz der Schwingmaschine i so viel erhöht oder erniedrigt, bis wiederum die Anzeige des Meßinstrumentes ,4 zu Null geworden ist. Die dann gemessene Frequenz der Schwingung sei f2. Die Laufzeit in dem Boden kann dann nach der Formel v = A # (11 -- /,J, worin v die Fortpflanzungsgeschwindigkeit, A den Abstand zwischen Sende- und Empfangsort bedeuten, errechnet werden.
• In ähnlicher Weise .kann bei festbleibender Frequenz der Schwingmaschine, jedoch durch Veränderung des Empfangsortes, die Wellengeschwindigkeit gemessen werden. In diesem Falle wird zunächst der Abstand A1 zwischen Meß- und Erregungsort bestimmt, für welchen der Ausschlag im Meßinstrument gerade Null ist. Danach wird durch Annäherung des Schwingungsmessers an die Erregungsstelle oder durch Entfernung von ihr der zunächst gelegene Abstand A. bestimmt, für welchen der Ausschlag des Meßinstrumentes zu Null wird. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist dann v= f # (Al-A.), worin f die in diesem Falle festgebliebene Erregerfrequenz der Schwingmaschine bedeutet.
• Sofern man die Schwingungsfrequenz der Schwingmaschine kontinuierlich ändert und die überlagerungsspannung am Empfangsort fortlaufend aufzeichnet, erhält man eine sog. Phasenkurve, aus welcher aus den Abständen der Maxima und Minima voneinander und den zugehörigen Frequenzen auf die Laufzeit für die betreffende Frequenz geschlossen werden kann. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß man auch mehrere Wellen, die über verschiedene Wege, z. B. durch Reflektion von verschiedenen Erdschichten, am Empfangsort einlaufen, hinsichtlich ihrer Laufzeit getrennt voneinander auswerten kann, da meist die den einzelnen Wellen zugehörigen Maxima und Minima infolge der Verschiedenheit der Amplituden der einzelnen Wellen leicht voneinander zu trennen sind.
• Nach dem gleichen Verfahren ist eine unmittelbare Tiefenlotung möglich. Hierzu wird nur ein Schwingungsmesser in unmittelbarer Nähe der Schwingmaschine aufgestellt, und die Anzeige dieses Gerätes wird bei langsamer Veränderung der Frequenz der Schwingmaschine aufgezeichnet. Aus den mehr oder weniger dichten Abständen der Maxima und Minima in dieser Phasenkurve kann dann die Laufzeit der an verschiedenen Schichten reflektierten Wellen und aus deren Amplitude die Dämpfung bestimmt werden.

Claims (6)

1. PATEN TANSPRÜCIIR: i. Verfahren zur Bestimmung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit mechanischer Wellen in einem festen Körper z. B. längs der Erdoberfläche bei sinusföTmiger Erregung des Körpers durch eine Schwingmaschine und Abnahme der Schwingungen am Empfangsort durch einen elektrischen Schwingungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Schwingungsmesser erzeugten Wechselspannung eine Wechselspannung gleicher Frequenz, aber einer Phase, die dem Phasenzustand an der Stelle der Erregung der Schwingungen entspricht, überlagert wird, und daß aus der Amplitude der superponierten Schwingung bei Veränderung des Empfangsortes und gleichbleibender Frequenz oder bei Festhalten des Empfangsortes und sich verändernder Frequenz auf die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle in dem Körper geschlossen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmaschine von einem Synchronmotor zu Schwingungen in der Frequenz des Erregerstromes angeregt wird und die L berlagerungsspannung unmittelbar der Erregerstromquelle entnommen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter elektrischer Schwingungsmesser (5) auf der Schwingmaschine oder in deren unmittelbarer Nähe aufgestellt wird und diesein Schwingungsmesser die überlagerungsspannung entnommen wird. q..
4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Frequenz der Schwingmaschine und durch richtige Einstellung der Amplitude der überlagerungsspannung die Amplitude der superponierten Spannung und damit der Ausschlag an dem Meßinstrument zu Null gemacht wird, diese Frequenz/,. gemessen, danach langsam die Erregerfrequenz so lange erhöht oder erniedrigt und, sofern nötig, die Amplitude der überlagerungsspannung nachgeregelt wird, bis wieder der Instrumentausschlag zu Null geworden ist, diese Frequenz/., wiederum gemessen und nach der Beziehung v = A # ( f 1- f 2), worin A den Abstand zwischen der Erregungs- und Meßstelle bedeutet, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle bestimmt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei fester Erregungsfrequenz zunächst der Abstand Ai zwischen Meß- und Erregungsort bestimmt wird, für welchen der Ausschlag im Meßinstrument gerade Null ist, danach durch Annäherung des Schwingungsmessers an die Erregungsstelle oder durch Entfernung von ihr der zunächst gelegene Abstand A2 bestimmt wird, für den wieder der Ausschlag des Instrumentes Null wird, und aus der Beziehung v = f # (Al , A2 ), worin f die Erregerfrequenz bedeutet, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Boden bestimmt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Eintreffen von zwei oder mehreren Wellen am Empfangsort durch fortlaufende Aufzeichnung der superponierten Spannung die Laufzeiten der einzelnen Wellen aus den leicht den einzelnen Wellen zuzuordnenden Maxima und Minima in der Phasenkurve bestimmt werden und hieraus die Lage der reflektierenden Schichten ermittelt wird.