SU1753292A1 - Способ определени параметров распространени упругих волн в нелинейно-упругой среде - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  параметров упругих волн в средах и телах, обладающих нелинейной упругостью. Цель изобретени  - повышение информативности за счет обеспечени  возможности определени  амплитудно-частотных характеристик исследуемой упругой волны. Цель достигаетс  тем, что в качестве измер емых параметров используют-последовательность мгновенных значений скорости распространени  зондирующих упругих колебаний регистрируют периодическую зависимость изменени  этих значений от времени, а об амплитудно-частотных характеристиках волны суд т по периоду и частоте, прин той периодической зависимостью. 1 ил.

Description

Изобретение предназначено дл  определени  параметров распространени , в том числе амплитудно-частотных характеристик упругих волн в средах и телах, облада- ющих нелинейной упругостью, т.е. характеризующихс  зависимостью скорости распространени  упругих волн в них от напр женно-деформированного состо ни  этих сред и тел, а также возникающими при этом нелинейными эффектами, в частности, возникновением крзтных и комбинационных частот, и может быть использовано дл  регистрации упругих волн, а также посто нных и переменных напр жений и деформаций в массивах горных пород, керамических материалах, элементах конструкций, детал х машин и механизмов, в других нелинейно-упругих средах и телах.

Известны способы определени  параметров распространени  упругих волн в

средах и телах, заключающиес  в преобразовании тем или иным способом в электрический сигнал механических колебаний датчиков, жестко св занных с исследуемой средой или телом, и исследовани  этих сигналов .

Однако этим способам присущи искажени , св занные с вли нием свободной границы исследуемой среды или тела, неидеальности механической св зи с датчиком, искажени  за счет передаточной характеристики самого датчика. Технически сложно и дорогосто ще также расширение частотного диапазона исследуемых колебаний, начина  от посто нной составл ющей и до ультразвуковых частот включительно.

Известен способ исследовани  недр, использующий  вление зависимости скорости упругих волн от напр женно-деформированного состо ни  горных пород и

XI

сл ы ю чэ

ND

заключающийс  в том, что в изучаемой области недр возбуждают монохроматические упругие колебани  одной частоты, регистрируют их не менее, чем в трех точках, измер ют параметры колебаний, и по их изменению суд т о состо нии недр и о расположении аномалий, отличающийс  тем, что с целью уменьшени  трудоемкости способа , измер ют амплитуду первой и второй гармоники регистрируемых колебаний, разность фаз между первой гармоникой регистрируемых и возбуждаемыми колебани ми, и на основе анализа результатов суд т о физико-механическом состо нии недр.

Однако этот способ не предназначен дл  определени  параметров распространени  упругих волн и не может быть пр мо использован с этой целью, так как он предусматривает измерение вышеуказанных величин, усредненных за относительно большой промежуток времени, в нескольких точках дл  пространственной локализации аномалий состо ни  недр, их обработку и интерпретацию оператором, и, следовательно , не позвол ет определ ть параметры распространени  и, в частности, амплитудно-частотные характеристики исследуемых упругих волн.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  способ акустического измерени  упругих констант горных пород, состо щий в возбуждении в скважине высокочастотной аккустической волны и ее приеме, согласно которому модулируют высокочастотное акустическое поле низкочастотным и регистрируют коэффициент фазовой модул ции, по которому рассчитывают упругие константы горных пород.

Однако этот способ также не предназначен дл  определени  параметров распространени  упругих волн и не может быть пр мо использован с этой целью, так как позвол ет получить только интегральные характеристики взаимодействи  основной высокочастотной и вспомогательной низкочастотной упругих волн - коэффициент фазовой модул ции, представл ющий собой отношение разности наибольшего и наименьшего значений фаз прин тых колебаний к среднему значению этой фазы.

Цель изобретени  - повышение информативности за счет обеспечени  возможности определени  амплитудно-частотных характеристик исследуемой упругой волны.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что при возбуждении в среде зондирующих колебаний , приеме этих колебаний, измерении и регистрации их параметров, с учетом которых определ ют параметры распространени  упругих волн в нелинейно-упругой

среде, в качестве измер емых параметров измер ют последовательность мгновенных значений скорости распространени  зондирующих упругих колебаний, регистрируют

периодическую зависимость изменени  мгновенной скорости распространени  упругих колебаний от текущего времени, а об амплитудно-частотных характеристиках исследуемой упругой волны суд т по периоду

и амплитуде полученной периодической зависимости изменени  мгновенной скорости распространени  зондирующих упругих колебаний .

На чертеже д. is схема реализации

предлагаемого способа. В исследуемом объекте - нелинейно-упругой среде илм теле тем или иным способом возбуждаютс  упругие зондирующие колебани . В случае, например , определени  параметров

распространени  упругих волн в массивах горных пород зондирующие колебани  могут возбуждатьс  с помощью преобразователей 2, в частности, пьезоэлектрических, электромеханических или других, питаемых

от генератора 1 сигналов. Излучаема  преобразователем упруга  волна распростран етс  в исследуемой нелинейно-упругой среде со скоростью, определ емой в каждый момент времени характеристиками

этой среды. А, так как характеристики среды измен ютс  под воздействием распростран ющихс  з ней других, неизвестных, исследуемых упругих волн, то мгновенные значени  скорости распространени  известной , зондирующей упругой волны фиксируют в себе информацию о параметрах распространени  в данной среде этих неизвестных , исследуемых упругих волн, Прошедша  через исследуемую среду

зондирующа  упруга  волна преобразуетс  обратно в электрический сигнал преобразователем 3, а мгновенные значени  скорости ее распространени  измер ютс  измерителем 4 и регистрируютс  регистратором 5.

О параметрах распространени , в частности , об амплитудно-частотных характеристиках исследуемой упругой волны Суд т по периоду и амплитуде полученной периодической зависимости изменений мгновенных

значений скорости распространени  зондирующей упругой волны.

Предлагаемый способ определени  параметров распространени  упругих волн позвол ет исследовать истинные упругие

колебани  внутри нелинейно-упругой среды или тела, не наруша  их целостности, свободен от искажений, вызванных механической св зью датчиков с объектом и характеристиками этих датчиков, так как преобразование

осуществл етс  внутри самого объекта - нелинейно-упругой среды или тела. Кроме того, способ характеризуетс  широким частотным диапазоном исследуемых колебаний , начина  от посто нной составл ющей и до ультразвуковых частот включительно. Предлагаемый способ не утрачивает функциональных возможностей, а следовательно , и областей применени , присущих известным способам.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  параметров распространени  упругих волн в нелинейно-упругой среде, включающий возбуждение в среде зондирующих колебаний, прием этих колебаний, измерение и регистрацию параметров этих колебаний, с учетом которых определ ют параметры распространени 

   упругих волн в нелинейно-упругой среде, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности путем обеспечени  возможности определени  амплитудно-частотных характеристик исследуемой упругой волны, в качестве измер емых параметров измер ют последовательность мгновенных значений скорости распрсст- ранени  зондирующих упругих колебаний,

   регистрируют периодическую зависимость изменени  мгновенной скорости распространени  упругих колебаний от текущего времени, а об амплитудно-частотных характеристиках исследуемой упругой волны суд т по периоду и амплитуде полученной периодической зависимости изменени  мгновенной скорости распространени  зондирующих упругих колебаний.