Способ определения параметров распространения упругих волн в нелинейно-упругой среде

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Н 1/О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4764118/28 (22) 11.10,89 (46) 07,08.92. Бюл. М 29 (71) Институт прикладных проблем механики и математики АН УССР (72) А,В. Назаревич и Л.E. Назаревич (56) Авторское свидетельство СССР

% 1125562, кл. G 01 N 1/40, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N. 630604, кл, 6 01 N 1/40, 1978. (64) СПОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН

В НЕЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ СРЕДЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

Изобретение предназначено для определения параметров распространения, в том числе амплитудно-частотных характеристик упругих волн в средах и телах, обладающих 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 кратных 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

„„5U„„1753292 А1определения параметров упругих волн в средах и телах, обладающих нелинейной упругостью. Цель изобретения — повы шение 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. 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 расширенйе частотного диапазона исследуемых колебаний, начиная от постоянной составляющей и до ультразвуковых частот включительно.

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

1753292 начен для определения параметров распро- 40

55 заключающийся в том, что в изучаемой области недр возбуждают монохроматические упругие колебания одной частоты, регистриоуют 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 определенйя 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 харакгеристики исследуемых упругих волн, Наиболее близким по технической сущности является способ акустического изме- рения 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 предназстранения 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

30 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: а схема реализации предлагаемого способа. В исследуемом объекте — нелинейно-упругой среде или 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 в ней других, неизвестных, исследуемых упругих воли, 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 воли 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 — не1753292 упругих волн в нелинейно-упругой среде. отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем обеспечения возможности определения амплитуд5 но-частотных характеристик исследуемой упругой волны, в качестве измеряемых параметров измеряют последовательность мгновенных значений скорости распространения зондирующих упругих колебаний, 10 регистрируют периодическую зависимость изменения мгновенной скорости распространения упругих колебаний от текущего времени, а об амплитудно-частотных характеристиках исследуемой упругой волны су15 дят по периоду и амплитуде полученной периодической зависимости изменения мгновенной скорости распространения зондирующих упругих колебаний. линейно-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

Составитель А.Назаревич

Техред М. Мор гентал Корректор П.Гереши

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2760 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,?K-35, Раушская наб., 4/5