Способ определения параметров распространения упругих волн в нелинейно-упругой среде Советский патент 1992 года по МПК G01H1/00 

Изобретение предназначено для определения параметров распространения, в том числе амплитудно-частотных характеристик упругих волн в средах и телах, облада- ющих нелинейной упругостью, т.е. характеризующихся зависимостью скорости распространения упругих волн в них от напряженно-деформированного состояния этих сред и тел, а также возникающими при этом нелинейными эффектами, в частности, возникновением крзтных и комбинационных частот, и может быть использовано для регистрации упругих волн, а также постоянных и переменных напряжений и деформаций в массивах горных пород, керамических материалах, элементах конструкций, деталях машин и механизмов, в других нелинейно-упругих средах и телах.

Известны способы определения параметров распространения упругих волн в

средах и телах, заключающиеся в преобразовании тем или иным способом в электрический сигнал механических колебаний датчиков, жестко связанных с исследуемой средой или телом, и исследования этих сигналов.

Однако этим способам присущи искажения, связанные с влиянием свободной границы исследуемой среды или тела, неидеальности механической связи с датчиком, искажения за счет передаточной характеристики самого датчика. Технически сложно и дорогостояще также расширение частотного диапазона исследуемых колебаний, начиная от постоянной составляющей и до ультразвуковых частот включительно.

Известен способ исследования недр, использующий явление зависимости скорости упругих волн от напряженно-деформированного состояния горных пород и

XI

сл ы ю чэ

ND

заключающийся в том, что в изучаемой области недр возбуждают монохроматические упругие колебания одной частоты, регистрируют их не менее, чем в трех точках, измеряют параметры колебаний, и по их изменению судят о состоянии недр и о расположении аномалий, отличающийся тем, что с целью уменьшения трудоемкости способа, измеряют амплитуду первой и второй гармоники регистрируемых колебаний, разность фаз между первой гармоникой регистрируемых и возбуждаемыми колебаниями, и на основе анализа результатов судят о физико-механическом состоянии недр.

Однако этот способ не предназначен для определения параметров распространения упругих волн и не может быть прямо использован с этой целью, так как он предусматривает измерение вышеуказанных величин, усредненных за относительно большой промежуток времени, в нескольких точках для пространственной локализации аномалий состояния недр, их обработку и интерпретацию оператором, и, следовательно, не позволяет определять параметры распространения и, в частности, амплитудно-частотные характеристики исследуемых упругих волн.

Наиболее близким по технической сущности является способ акустического измерения упругих констант горных пород, состоящий в возбуждении в скважине высокочастотной аккустической волны и ее приеме, согласно которому модулируют высокочастотное акустическое поле низкочастотным и регистрируют коэффициент фазовой модуляции, по которому рассчитывают упругие константы горных пород.

Однако этот способ также не предназначен для определения параметров распространения упругих волн и не может быть прямо использован с этой целью, так как позволяет получить только интегральные характеристики взаимодействия основной высокочастотной и вспомогательной низкочастотной упругих волн - коэффициент фазовой модуляции, представляющий собой отношение разности наибольшего и наименьшего значений фаз принятых колебаний к среднему значению этой фазы.

Цель изобретения - повышение информативности за счет обеспечения возможности определения амплитудно-частотных характеристик исследуемой упругой волны.

Поставленная цель достигается тем, что при возбуждении в среде зондирующих колебаний, приеме этих колебаний, измерении и регистрации их параметров, с учетом которых определяют параметры распространения упругих волн в нелинейно-упругой

среде, в качестве измеряемых параметров измеряют последовательность мгновенных значений скорости распространения зондирующих упругих колебаний, регистрируют

периодическую зависимость изменения мгновенной скорости распространения упругих колебаний от текущего времени, а об амплитудно-частотных характеристиках исследуемой упругой волны судят по периоду

и амплитуде полученной периодической зависимости изменения мгновенной скорости распространения зондирующих упругих колебаний.

На чертеже д. is схема реализации

предлагаемого способа. В исследуемом объекте - нелинейно-упругой среде илм теле тем или иным способом возбуждаются упругие зондирующие колебания. В случае, например, определения параметров

распространения упругих волн в массивах горных пород зондирующие колебания могут возбуждаться с помощью преобразователей 2, в частности, пьезоэлектрических, электромеханических или других, питаемых

от генератора 1 сигналов. Излучаемая преобразователем упругая волна распространяется в исследуемой нелинейно-упругой среде со скоростью, определяемой в каждый момент времени характеристиками

этой среды. А, так как характеристики среды изменяются под воздействием распространяющихся з ней других, неизвестных, исследуемых упругих волн, то мгновенные значения скорости распространения известной, зондирующей упругой волны фиксируют в себе информацию о параметрах распространения в данной среде этих неизвестных, исследуемых упругих волн, Прошедшая через исследуемую среду

зондирующая упругая волна преобразуется обратно в электрический сигнал преобразователем 3, а мгновенные значения скорости ее распространения измеряются измерителем 4 и регистрируются регистратором 5.

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

значений скорости распространения зондирующей упругой волны.

Предлагаемый способ определения параметров распространения упругих волн позволяет исследовать истинные упругие

колебания внутри нелинейно-упругой среды или тела, не нарушая их целостности, свободен от искажений, вызванных механической связью датчиков с объектом и характеристиками этих датчиков, так как преобразование

осуществляется внутри самого объекта - нелинейно-упругой среды или тела. Кроме того, способ характеризуется широким частотным диапазоном исследуемых колебаний, начиная от постоянной составляющей и до ультразвуковых частот включительно. Предлагаемый способ не утрачивает функциональных возможностей, а следовательно, и областей применения, присущих известным способам.

Формула изобретения Способ определения параметров распространения упругих волн в нелинейно-упругой среде, включающий возбуждение в среде зондирующих колебаний, прием этих колебаний, измерение и регистрацию параметров этих колебаний, с учетом которых определяют параметры распространения

упругих волн в нелинейно-упругой среде, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем обеспечения возможности определения амплитудно-частотных характеристик исследуемой упругой волны, в качестве измеряемых параметров измеряют последовательность мгновенных значений скорости распрсст- ранения зондирующих упругих колебаний,

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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров упругих волн в средах и телах, обладающих нелинейной упругостью. Цель изобретения - повышение информативности за счет обеспечения возможности определения амплитудно-частотных характеристик исследуемой упругой волны. Цель достигается тем, что в качестве измеряемых параметров используют-последовательность мгновенных значений скорости распространения зондирующих упругих колебаний регистрируют периодическую зависимость изменения этих значений от времени, а об амплитудно-частотных характеристиках волны судят по периоду и частоте, принятой периодической зависимостью. 1 ил.