DE843512C

DE843512C - Method for locating sources of noise, especially in the ground

Info

Publication number: DE843512C
Application number: DEP25548A
Authority: DE
Inventors: Fro Dr Trommsdorff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-12-19
Filing date: 1948-12-19
Publication date: 1952-07-10

Description

Verfahren zur Ortung von Geräuschquellen, insbesondere im Erdboden Gegenstand der Eriidung ist ein Verfahren zum Aufsuchen, Erkennen und Orten von Geräuschquellen aller Art, vor allem unter Tage insbesondere für alle Fälle, in denen ein Abhorchen direkt oder mit Hilfe eines Mikrophons nicht möglich ist.Method for locating sources of noise, in particular in the ground The subject of the invention is a method of searching for, recognizing and locating Noise sources of all kinds, especially underground, especially for all cases in which cannot be eavesdropped directly or with the aid of a microphone.

Es ist schon vorgeschlagen worden, die von der artilleristischen Ortung bekannten Hyperbelverfahren auf seismische Ortung für künstliche Erschütterung anzuwenden. Das hat sich in der Praxis nicht bewährt. Auch die Entfernungsbestimmung aus der Zeitdifferenz von Luft- und Bodenschall ist nur über Tage brauchbar. Die weiter vorne schlagend Verwendung von zwei Komponentenstationen zur Peilung ist zu ungenau und apparativ sehr kostspielig. It has already been suggested by the artillery Location known hyperbolic method based on seismic location for artificial vibrations apply. This has not proven itself in practice. Also the determination of the distance from the time difference between airborne and ground-borne noise can only be used for days. the hitting further ahead is the use of two component stations for bearing too imprecise and very expensive in terms of equipment.

Das Ahhören von Miniergeräuschen mit unempfindlichen Mikrophonen unter Anpassung an einen Verstärker mittels Transformator ergibt viel zu geringe Reichweiten. Listening to mining noises with insensitive microphones adapting to an amplifier by means of a transformer results in much too low Ranges.

Auch weitere auf rein akustischer Basis beruhende Vorschläge zur Intensitäts- und Phasenortung sind für Erdschallmessungen nicht geeignet. Also other suggestions based on a purely acoustic basis for Intensity and phase location are not suitable for earth-borne sound measurements.

Das Verfahren, für dessen Durchführung ein besonderes Gerät beschrieben wird, ist z. B. insbesondere geeignet für die Feststellung der Achsen heim Tunnelbau, der von beiden Seiten gleichzeitig betrieben wird, ferner zum Suchen und Orten von Verschütteten infolge Grubenunglücks, Einsturzkatastrophen, Erdbeben usw., wobei willkürliche und unwillkürliche Lebenszeichen solcher Personen mit Hilfe des zu beschreibenden Gerätes festgestellt werden können. The procedure for the implementation of which a special device is described is z. B. particularly suitable for determining the axes in tunnel construction, which is operated by both sides at the same time, also for searching and locating People buried as a result of mine accidents, collapse disasters, earthquakes, etc., whereby arbitrary and involuntary signs of life of such persons with the help of the zu descriptive device can be determined.

Die Vorteile des in leicht handlicher, transportabler Form herstellbaren neuen Gerätes liegen in der Reichweite, die je nach Art des schalleitendet Bodenmaterials und nach Art und Stärke der Gerausche zwische, 10 und 200m und mehr liegt. The advantages of that which can be produced in an easily manageable, transportable form new device within the range that conducts sound depending on the type of sound Floor material and the type and strength of the noise between, 10 and 200m and more lies.

I)urch die Eigenart des neuen Verfahrens und Gerätes kante man erkennell und -unterscheiden, ob es sich um eine oder mehrere Geräuschquellen handelt und welcher Art die Geräusche sind, z. B.I) owing to the peculiarity of the new method and device, one can easily recognize it and -distinguish whether it is one or more noise sources and what kind of noises are, e.g. B.

Arbeitsgeräusche, Klopfen, Kratzen, Scharren, Ächzen und Stöhnen.Work noises, knocking, scratching, scratching, groaning and groaning.

Durch das neuartige Ortungsverfahren kann die genaue örtliche Lage der Geräuschquellen festgestellt und unmittelbar auf einer Leuchtplatte abgelesen werden. Die Ortung ist auch ohne L.euchtanzeige möglich, und die Genauigkeit beträgt etwa 90%. The new location method enables the exact local position the sources of noise are detected and read directly on a light panel will. Locating is also possible without a light indicator, and the accuracy is about 90%.

Das Gerät ist so durchgebildet, daß es auch in schlagwettergefährdeten Grubenräumen eingesetzt werden kann. Beim Einsatz z. 13. in Erdbehengebieten und beim Tunnelbau kann auf den schlagwettersicheren Einbau verzichtet werden. Es besteht aus einem hochempfindlichen Erdschallempfänger, einem Spezialverstärker mit einem Frequenzbereich von etwa 5 bis 5000 Hz, möglichst linear, und einstellbaren Siebketten zur Beschneidung der Frequenzkurven nach oben oder nach unten und einer Ortungsleuchtanzeige. Die Gesamtanordnung ist in der Fig. t schematisch wiederegeben. In der Abbildung wird beispielsweise mit drei Empfängern E1, E2, E3 (bzw. E'3) gearbeitet, die in geeigneter Weise um oder vor die zu suihilldii Schallquelle O so aufgebaut werden. daß nicht mehr als zwei auf einer Geraden liegen. K1. The device is designed in such a way that it can also be used in areas where there is a risk of firedamp Pit clearing can be used. When using z. 13. in earthquake areas and In the case of tunnel construction, firedamp-proof installation can be dispensed with. It exists from a highly sensitive earth-borne sound receiver, a special amplifier with a Frequency range from about 5 to 5000 Hz, as linear as possible, and adjustable sieve chains for cutting the frequency curves upwards or downwards and an indicator light for location. The overall arrangement is shown schematically in FIG. In the picture for example, three receivers E1, E2, E3 (or E'3) are used in suitable way around or in front of the suihilldii sound source O so be built up. that no more than two are in a straight line. K1.

K2, K3 sind abgeschirmte Mehraderkabel, die die Erdschallempfänger mit dem Vestärker V verbinden. Bei größeren Kabellängen, wird im Empfallger ein kleiner Einröhren-Vorverstärker mit eingebeaut. Verstärker V und Empfänger E werden weiter unten beschrieben. .Am Verstärker 1/ wird entweder mit Telephon abgehört oder die Leuchtanzeigevorrichtung L angeschlossen, die in Fig. 3 eloetofalls weiter unten beschrieben ist. Man kann auch nur mit einem Leuchtauge oder einem Meßinstrument arbeiten, das auf die verschiedenen Empfänger umgeschaltet wird, wobei man dann die Ergebnisse in Skalenteilen objektiv aloleseii kann.K2, K3 are shielded multi-core cables that connect the earth-borne sound receiver connect to the amplifier V. With longer cable lengths, a small single tube preamplifier with built-in. Amplifier V and receiver E become described below. .At the amplifier 1 / is either tapped with a telephone or the luminous display device L is connected, which eloetofalls continues in Fig. 3 is described below. You can also just use a light eye or a measuring instrument work, which is switched to the different receivers, whereby one then can objectively aloleseii the results in scale divisions.

Die Reichweite von Mikrophonen, wie sie bisher zum Abhören von Erdschall- und Körperschallgeräuschen verwendent wurden, ist für Erdschall beschränkt, weil hier in der Hauptsache nur Frequenzen über 50 Hz aufgenommen werden können. The range of microphones, as they were previously used for listening to earth-borne sound and structure-borne noise is restricted for earth-borne noise because Mainly only frequencies above 50 Hz can be recorded here.

Neue, noch nicht veröffentlichte Untersuchungen haben ergeben, daß im Boden die hohen Frequenzen schnell verschluckt werden. während die tiefen Frequenzen unter 50 Hz, vor allem unter 0 llz, noch in verhältnismäßig großen Entfernungen wahrnehmbar sind. Auf Grund dieser Erfahrung eignen sich zur Aufnahme von Erdschallgeräuschen auf größere Entfernungen grundsätzlich hochemp tindliche Erschütterungsmesser. Die mit einem Seismographen aufgenommenen Erschütterungen können in an sich bekannter Weise hörbar gemacht werden.New, as yet unpublished research has shown that The high frequencies in the ground can be swallowed up quickly. while the low frequencies below 50 Hz, especially below 0 llz, still at relatively great distances are perceptible. Based on this experience, they are suitable for recording earth-borne noise Generally highly sensitive vibration meters at greater distances. the Vibrations recorded with a seismograph can be known per se Way to be made audible.

Durch bisher unveröffentlichte Untersuchungen konnte gezeigt werden. daß die Iteichxveite eines Empfängers jeweils von der Bodenart und Bodenbeschaffenheit abhängig ist uiid daß für jede Bodenart (Gestein, ,Baumaterial, Schutt usw.) ein charakteristischer Frequenzbereich durch Vorversuche schnell und leicht ermittelt werden kann. It could be shown by previously unpublished studies. that the Iteichxveite of a receiver in each case from the soil type and soil condition depends uiid that for each type of soil (rock, building material, rubble, etc.) a characteristic frequency range determined quickly and easily through preliminary tests can be.

Hierzu wird mit dem mit einem handelsüblichen Oszillographen ausgerüsteten Aufnahmegerät das Schwingungsbild beispielsweise eines Hammer schlages in einer bestimmten Entfernung aufgenommen und die Frequenzell einiger Maximalamplituden, wie sie das Instrument angibt, ausgewertet.For this purpose, the equipped with a commercially available oscilloscope is used Recording device the vibration image, for example, a hammer blow in a recorded a certain distance and the frequency of some maximum amplitudes, as indicated by the instrument.

In der Praxis kann man dieses Gerät mit einer Tabelle ausrüsten, aus der abgelesen werden kann, welcher Frequenzbereich erfahrungsgemäß für die einzelnen Bodenarten und Gesteine charakteristisch ist.In practice, this device can be equipped with a table which can be read from experience, which frequency range for the individual Soil types and rocks is characteristic.

Das Gerät ist erfindungsgcmäß mit am Empfänger angebrachten, mechanisch zu betätigenden Einstellvorrichtungen verschen, mit deren Hilfe es möglich ist, den bei Vorversuchen ermittelten Frequenzbereich höchstempfindlich zu machen. Die Eigenfrequenz des Empfängers wird durch eine ebenfalls verstellbare Dämpfung unschädlich gemacht, um ein verzerrungsfreies Arbeiten des Empfängers sicherzustellen. According to the invention, the device is mechanically attached to the receiver give away actuated adjustment devices with the help of which it is possible to to make the frequency range determined in preliminary tests extremely sensitive. the The natural frequency of the receiver is harmless due to the adjustable damping made to ensure that the receiver works without distortion.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlicth mit jedem genügend empfindlichen Seismographen, der entsprechend dcn vorstehenden Angabeln umgearbeitet ist, durchgeführt werden. The method according to the invention can in principle be sufficient for everyone sensitive seismograph, reworked according to the above indications is to be carried out.

In der beigegebenen Fig. 2 ist eine schematische Darstellung für einen, die Erfindung kennzeichnenden elektrischen Erschütterungsmesser mit Biegeschwinger wiedergegeben. Beispielsweise sind drei verschiedene Frequenzl)ereiehe vorgesehen, wozu sich die Mittelfrequenzen 100, 500, 1000Hz eignen. Die hierfür erforderlichen Biegerlängen und Schwingungsmassen lassen sich nach bekannten Formeln berechnen. In the accompanying Fig. 2 is a schematic representation for a, the invention characterizing electrical vibration meter with flexural oscillator reproduced. For example, three different frequency ranges are provided, The medium frequencies 100, 500, 1000Hz are suitable for this. The necessary Bender lengths and vibration masses can be calculated using known formulas.

In der Figur ist der aus einem Piezokristall (Quarz, Seignettesalz usw. hergestellte Schwinger E entsprechend den drei Frequenzbereichen in drei Stellen A, B, C durch von außen zu betätigende klammerartige Vorrichtungen einspannbar. In the figure it is made of a piezo crystal (quartz, Seignette salt etc. manufactured transducers E corresponding to the three frequency ranges in three places A, B, C can be clamped by externally operated clamp-like devices.

Gleichzeitig können die zugehörigen Schwingmassen M, in der Figur ist nur eine gezeichnet, von außen auf den Bieger aufgesetzt werden, beispielsweise in Form von Reitern, wie sie bei analytischen Waagen bekannt sind. Es muß hierbei dafür gesorgt werden, daß diesc Reiter so fest aufsitzen, daß sie beim Eintreten von Schwingungen nicht verschoben werden.At the same time, the associated oscillating masses M in the figure only one is drawn that can be placed on the outside of the bender, for example in the form of tabs, as they are known from analytical scales. It must be here it must be ensured that these riders are seated so firmly that they can enter upon entering are not shifted by vibrations.

Die Vorrichtung besitzt außerdem eine Dämpfung, die in beliebiger Weise beispielsweise mechanisch, elektrisch oder magnetisch arbeiten kann. The device also has a damping that can be used in any Way, for example, can work mechanically, electrically or magnetically.

Wenn keine Höchstempfindlichkeiten gefordert sind, kann bei aperiodiseher Dämpfung auf eine Verstellbarkeit der Dämpfung verzichtet werden.If maximum sensitivities are not required, aperiodiseher can be used Damping can be dispensed with an adjustability of the damping.

Als Verstärker für die Aiizeige der erfindungsgemäßen Vorrichtung kanti gruiidsätzlich jeder bis 5 Hz herunter verzerrungsfrei arbeitende Niederfrequenzverstärker benutzt werden, der eine Vor- richtung zum Horbarmachen von Frequenzen unter 20 Hz haben muß. An den Verstärker sind grundsätzlich ein oder mehrere Kopfhörer angeschlossen, und für besondere Untersuchungen kann an Stelle des Telephons ein Oszillograph verwendet werden.As an amplifier for the display of the device according to the invention kanti gruiid additionally any low-frequency amplifier that works down to 5 Hz without distortion be used, which has a direction for making frequencies audible must have below 20 Hz. One or more headphones are always attached to the amplifier connected, and for special examinations a telephone can be used instead of the telephone Oscillograph can be used.

Für die praktische Verwendung des Gerätes als Such- und Ortungsgerät wird eine neuartige Anzeigevorrichtung benutzt, bei der hinter einer Glasplatte mit Skaleneinteilung zu jedem Empfänger einstellbare Leuchtaugen, z. B. Glimmlampen, magische Augen, Meßinstrument od. dgl., angebracht sind, die dem Empfänger derartig angepaßt sind, daß die Helligkeit mit der Lautstärke der aufgenommenen Erdschalllgerausche schwankt. Die Leuchtaugen sind auf jeden Punkt der Skalenplatte so einstellbar, daß ihre Stellung der vermessenen Lage der Empfänger entspricht, woraus sich das neue automatische Ortungsverfahren in folgender Weise ergibt. For the practical use of the device as a search and location device a novel display device is used, behind a glass plate luminous eyes adjustable with graduations for each receiver, e.g. B. glow lamps, Magic eyes, measuring instrument od. The like., Are attached to the recipient in such a way are adapted that the brightness with the volume of the recorded Erdschalllgerausche fluctuates. The luminous eyes can be adjusted to any point on the scale plate so that that their position corresponds to the measured position of the recipient, from which the results in new automatic location methods in the following manner.

In Fig. 3 ist die Leuchtplatte L (Fig. 1) im einzelnen wiedergegeben, L1, L2, L3 sind die erwähnten Leuchtaugen, die auf den vertikal verschiebbaren Kontaktleisetn N1, N2, N3 usw. ebenfalls verschiebbar angebracht sind. Die Leuchtaugen werden nun entsprechend der Lage der Empfänger E1, E2, E3 usw. im Gelände, auf der das Gelände wiedergebenden Leuchtplatte eingestellt. In Fig. 3 the light panel L (Fig. 1) is shown in detail, L1, L2, L3 are the aforementioned light eyes that appear on the vertically movable contact strips N1, N2, N3, etc. are also slidably attached. The luminous eyes will now according to the position of the receivers E1, E2, E3 etc. in the area on which the area is located reproducing light panel set.

Am Verstarker (Fig. 1) befindet sich ein Wählschalter G, der die beliebige Einschaltung jedes Empfängers für sich allcin gestattet. (;leichzeitig hiermit wird das diesem Empfänger entsprechende Leuchtauge auf der Leuchtplatte durch den automatischen oder mechanische zu bedienenden Schal ter H1, H2, H3 usw. eingeschaltet. Num wird unter wahlweiser Umschaltung die Helligkeit der Leucht augen (Ausschlage der Meßinstrumente) paarweise verglieben (Fig. 4). Die Mittelsenkrechte z. B. zwischen den Punkten L2 und L2' auf der Leuchtplatte wird gezogen und auf der Seite des heller leuchtenden Auges gestrichelt. Wenn alle Lote auf derselben Seite gestrichelt sind, liegt der gesuchte Punkt O außerhalb des durch die drei Lote gebildeten Dreie@ks bzw. Vielecks bei mehr als drei Empfängern. Die Empfänger im Untersuchungsgebiet werden in einer neuen, der Strichelung der Lote entsprechenden Anordnung so lange umgestellt, bis die Ortungsgeraden den zu suchenden Ort einschließen und das entstehende Dreieck (Polygon) bis zur größtmöglichen Genauigkeit in der angegebenen Weise verkleinert.On the amplifier (Fig. 1) there is a selector switch G, which can be any Activation of each recipient separately is permitted. (; at the same time it is the light eye corresponding to this receiver on the light panel through the automatic or mechanical switches H1, H2, H3, etc. switched on. Num will with optional switching the brightness of the luminous eyes (deflection of the measuring instruments) compare in pairs (Fig. 4). The vertical center line z. B. between points L2 and L2 'on the light panel is drawn and on the side of the brighter shining one Dashed eye. If all plumb bobs are dashed on the same side, that is sought point O outside of the triangle or polygon formed by the three perpendiculars if there are more than three recipients. The recipients in the study area are in a rearranged the new arrangement corresponding to the dashed lines on the plumb bob until the locating line includes the location to be searched for and the resulting triangle (Polygon) scaled down to the greatest possible accuracy in the specified manner.

Anstatt, wie oben angegeben, die Leuchtaugen nacheinander einzuschalten, kann man auch unter Benutzung je eines Verstärkers für jedes Leucht auge, dieses gleichzeitig aufleuchten lassen. Anstatt mit Leuchtaugen oder Hörgeräten zu arbeiten, kann man auch die in Wechselstromform von den Empfängern aufgenommenen Schalllimpulse mittels Gleichrichter gleichrichten und ihre Größe dann mit Hilfe eines Meßinstrumentes objektiv messen. Instead of switching on the light eyes one after the other, as stated above, you can also use one amplifier for each luminous eye, this one light up at the same time. Instead of working with luminous eyes or hearing aids, one can also see the acoustic pulses received by the receivers in alternating current form rectify by means of a rectifier and then their size with the help of a measuring instrument measure objectively.

Wenn man entgegen der früher geforderten Anordnung drei Empfänger in einer Geraden aufbaut (Fig. 4a), kommt man zu einer Profilortung, wobei die Ortungsgerade im Punkt größter Lautstärke errichtet und der Schnittpunkt zweier solcher Ortungsgeraden ermittelt wird. If, contrary to the previously required arrangement, you have three recipients builds up in a straight line (Fig. 4a), one arrives at a profile location, wherein the location line erected at the point of greatest volume and the intersection of two such locating lines is determined.

Beim Aufsuchen von unter der Empfängeraufstellungsebene liegenden Geräuschquellen kann sich eine schachbrettartige Aufstellung der Empfänger empfehlen. When looking for items below the recipient listing level A checkerboard arrangement of the receivers can be recommended for sources of noise.

Durch den schematisch beschriebenen Aufbau des Gerätes (Einstellbarkeit auf die Frequenz des jeweils zu durebhorchenden Bodens) und gleichzeitige Aufnahme der Geräusche an mehreren, örtlich voneinander getrennten Stellen gelingt es, Erdschalfgeräusche auf große Entfernungen wahrzunehmen, sie in ihrer Art zu erkennen, zu unterscheiden und ihren ITrsprungsort genau zu bestimmen. Due to the schematically described structure of the device (adjustability the frequency of the floor to be listened to) and simultaneous recording the noises at several, spatially separated places succeed in sounding earth to perceive them at great distances, to recognize them in their way, to distinguish them and to precisely determine their place of origin.

PATENTANSPROCHE: @ Verfahren zur Ermittlung der Lage von Geräuschquellen und in schlagwettergefährdeten Grubenräumen, insbesondere im Erdboden, dadurch gekennzeichnet, daß der für den zu untersuchenden Boden charakteristische Frequenzbereich festgestellt, die zur Untersuchung verwendeten seismo-akustischen Empfangsgeräte auf Höchstempfindlichkeit für diesen Schwingungsbereich eingestellt und in geeigneter Weise vor oder um die zu suchende Schallquelle aufgehaut und durch abgeschirmte Kabel über einen Verstärker mit einem Aufnahmegerät verbunden und nacheinander die Lautstärke der von den einzelnen Empfangsstellen übermittelten Geräusche akustisch oder nach optischer Übertragung miteinander verglichen und die Empfangsgeräte auf Grund der gewonnenen Vergleiche der empfangenen Impulse so lange verschoben werden, bis der gesuchte Ursprungsort der Geräusche durch sie möglichst eng umrahmt wird. PATENT APPROACH: @ Method for determining the location of noise sources and in pit rooms at risk of firedamp, especially in the ground, characterized in that that the frequency range characteristic of the soil to be examined has been determined, the seismo-acoustic receiving devices used for the investigation for maximum sensitivity set for this vibration range and in a suitable manner before or around the Sound source to be searched for is built up and through shielded cables via an amplifier connected to a recording device and successively the volume of each Receiving points transmitted noises acoustically or after optical transmission compared with each other and the receiving devices on the basis of the comparisons made of the received impulses can be shifted until the desired place of origin the noise is framed as closely as possible by it.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized. that in one pictorial, map-like representation of the position of the reception. devices each two of the Position points connected to each other and the intersection of the connecting lines on these Plumbs erected at the points with the greatest volume are searched for or at three or more Receiving devices receive that from the center perpendiculars erected on these connecting lines formed triangle or polygon is determined, within which the noise source located.

3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that that as a display device instead of a hiir or display device a light panel is used, with the behind a graduated glass plate to each Receiver individually adjustable luminous dots, e.g. B. glow lamps, mash eyes or. Like., Are attached, their brightness with the volume of the recorded noise fluctuates, whereby the luminous dots can be adjusted via the scale plate, that their position to one another corresponds to the respective position of the receiving devices in the examination area corresponds to scale.

4. Apparatus for performing the method according to claim I to 3, marked by several, which are to be set up at the same time, for the The characteristic frequency range can be set according to the nature of the soil, transportable vibration meter connected by shielded cable through an amplifier connected to a display device.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the example Frequency sensitivity of the receiving devices divided into three adjustable groups between 50 to 1000 Hz and through the side from the outside against the with adjustable Damping provided transducers made of Seignette salt or the like to be operated Einpaßklanimern can be set in the desired manner and also the vibration mass of the Schwingers, e.g. B. od by externally applied clamping weights. Like., Changed can be.

6. light panel for performing the method according to claim 3, characterized by a display plate with graduations on which the individual receivers incoming impulses in a corresponding to their noise level Brightness is visible and the light spots can be moved arbitrarily on the plate are.

7. Apparatus for displaying the with the device according to claim 4 and 5 recorded sound pulses, consisting in a rectifier for rectification the alternating current shock vibration and a direct current meter.

8. Apparatus according to claim 4 to 6, characterized by a additional table with information about the characteristic frequency range known Soil types.

9. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 3, characterized by an encapsulation of the receiver, the plug-in devices, the Amplifier with plugs and switches as well as the display or lighting device, in such a way that the entire apparatus complies with the applicable provisions on firedamp safety suffice.

Attached publications: German patent specifications No. 304317, 351574, 447979,436163,700718.