Способ измерения скорости распространения упругих волн в твердых средах Советский патент 1934 года по МПК G01H5/00 G01V1/00 

Точное определение скорости распространения упругих волн в твердых телах любой формы представляет не только большой научный интерес, но может иметь и практическое применение, например, для микросейсмической горной разведки, т. е. для сейсмической разведки, имеющей дело с небольшими глубинами залегания исследуемых объектов, а также для изучения упругости строителы ых материалов и целых строительных сооружений.

Косвенные методы измерения скорости звука, использующие стоячие волны, применимы только к образцам твердого тела весьма небольших размеров, ибо все они основаны на приведении в звучание струн, стержней, пластинок или трубок, вырезанных или изготовленных тлъ вещества, скорость звука в котором требуется определить.

Для образцов больших размеров, долженствующих сохранить естественные условия первоначального их залегания, а тем более для измерения скорости распространения упругих волн в почве или каком-либо инженерном сооружении, косвенные методы, очевидно, непригодны.

Для этой цели единственно пригодными окажутся прямые методы, использующие бегущую волну и определяющие

скорость волны по формуле: С Y Д С-скорость, S-njTb и t-время.

(441)

Но здесь встречаются большие трудности в измерении очень малых промежутков времени.

В самом деле, для измерения скорости упругой волны с точностью хотя бы до 1%, допустим, в почве (примем С s 1000 лг/сек) при базе для измерений в 10 м необходимо измерять промежутки времени порядка 10 сек, с точностью

до 10 сек.

Такую точность уже не могут дать обыкновенные хронографы или осциллографы, предел для которых составляет

10 сек., причем перейти этот предел можно то.1ько значительным увеличением скорости движения светочувствительной ленты (для осциллогра4)ов), что ведет к трудно осуществимым на практике условиям работы.

Дальнейшее уменьшение базы для измерений потребует измерения, еще меньших промежутков времени, что явно неосуществимо для всяких механических устройств вследствие неизбежной инерции всех их движущихся частей.

Предлагаемый, согласно изобретению, способ измерения скорости распространения упругих волн позволяет получить весьма большую точность при измерении малых промежутков времени. Для осуществления предлагаемого способа используются уже известные электрические схемы измерения малых промежутков времени, с баллистическим гальванометром, электростатическим . вольтметром и т. и;

На чертеже фиг. 1 изображает схему устройства для ооуществления предлагаемого способа при микросейсмической горной разведке; фиг. 2-схему контактного сейсмографа устройства по фиг. 1; фиг. 3-схему устройства с двумя контактными сейсмографами.

Баллистический гальванометр /(фиг. 1) зашунтирован на короткое проводом, обмотанным вокруг детонатора 2. В момент взрыва, т. е. в начале измеряемого промежутка времени цепь шунта размыкается, и через гальванометр начинает итти некоторый ток от батареи 5, так как все контакты электрической цепи в этот момент замкнуты. Когда упругая волна, возникшая при взрыве, подходит к контактному сейсмографу 4, (изображен нафиг. 2) по направлению, указанному стрелкой, что является концом измеряемого промежутка времени, груз по инерции отстает в движении, вследствие чего электрический контакт размыкается, и ток через гальванометр / не проходит.

Таким образом, отметка конца измеряемого промежутка времени производится самой бегущей волной. Катодная лампа 5 и быстродействующее реле б служат для того, чтобы предохранить гальванометр от воздействия следующих за первым размыканием колебаний контакта сейсмографа.

Действие этих элементов устройства следуюш,ее. В момент попадания сейсмической волны в сейсмограф 4 и, следовательно, в момент первого размыкания его контакта, подача отрицательного потенциала на сетку лампы 5 прекращается и в анодной цепи последней, а следовательно, и через катушки реле б будет проходить ток. Поляризованное реле 6 отрегулировано так, что при отсутствии анодного тока, рабочий контакт реле замкнут. При появлении анодного тока рабочий контакт размыкается и остается разомкнутым пока в анодной цепи циркулирует ток. Благодаря такому устройству гальванометр предохраняется от последующих за первым размыканием дрожаний контакта сейсмографа 4.

После того, как отсчет по гальванометру получен, на мгновение замыкают ключ 7, вследствие чего рабочий контакт реле снова замыкается, и прибор приходит в первоначальное состояние для следующего измерения.

Измеряемый промежуток времени т определяется по общеупотребительной для работы с баллистическим гальванометром формуле:

- I Т( 1 с ) I С СС

г L f L J

гдеЯ - напряжение батареи 3, г - сопротивление всей цепи, L - самоиндукция всей цепи, .С- постоянная гальванометра, а - отброс гальванометра.

На фиг. 3 изображена схема для работы с двумя контактным сейсмографами 4 ,и 4, расположенными на известном расстоянии друг от друга (база), причем звуковые импульсы задаются с некоторого расстояния, по линии, составляющей продолжение базы. Параллельно батарее 3 включается некоторое сопротивление 9 и конденсатор JO.

Перед началом измерения все контакты замкнуты тогда конденсатор JO заряжен некоторым количеством электричества Q. Начало измеряемого промежутка времени определяется размыканием контакта левого сейсмографа 4, конец-размыканием правого оставшийся после этого на конденсаторе заряд д разряжают при помощи ключа // через баллистический гальванометр 7; пусть при этом он покажет отклонение а. Определяют затем отброс а, даваемой гальванометром от полного количества электричества д, тогда измеряемый промежуток времени:

т гСе-

а а

где Сг - постоянная времени для разрядки конденсатора JO через сопротивление 9.

Описываемое устройство с контактными сейсмографами и предохраняющими от дрожания контактов реле может быть использовано и по схеме измерения малых промежутков времени Бюге, где заряд конденсатора током насыщения катодной лампы измеряется электростатическим вольтметром, а также и по другим .схемам.

Пред,д5 ет изобретения.

Способ измерения скорости распространения упругих волн в твердых средах при помощи электрических схем измерения малых промежутков времени с баллистическим гальванометром, электростатическим вольтметром и т. п., отличающийся тем, что размыкание электрических контактов в схеме производится самой бегущей упругой волной при помощи контактных сейсмографов, а влияние последующих за первым размыканием дрожаний контактов устраняется дополнительным размыканием электрической цепи сейсмографов посредством быстродействующих реле.

Фиг1.

Фигг.

ФнгЗ.

8 ±5 S

bJ.iJ