Способ определения параметров распространения упругих волн в нелинейно-упругой среде

(51 ЕНИ АВТ еделения параупругих волн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 8 У(71) Институт прикладных проблем механики и математики АН УССР(72) А,В, Назаревич и Л.Е. Назаревич (56) Авторское свидетельство СССР % 1125562, кл. 0 01 И 1/40, 1984.Авторское свидетельство СССР В 630604, кл, 6 01 К 1/40, 1978.(54) СПОСОБ 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, втом числе амплитудно-частотных характеристик упругих волн в средах и телах, обладающих нелинейной упругостью, т,е.характеризующихся зависимостью скорости распространения упругих волн в них отнапряженно-деФормированного состоянияэтих сред и тел, а также возникающими приэтом нелинейными эффектами, в частности,возникновением кратных и комбинационных частот, и может быть использовано длярегистрации упругих волн, а также постоянных и переменных напряжений и деформаций в массивах горных пород, керамическихматериалах, элементах конструкций, деталях машин и механизмов, в других нелинейно-упругих средах и телах,Известны способы опраметров распространения определения 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 расширеййе 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 иначен для определения параметров распро 45 50 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 5 10 15 20 25 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 оставитель А,Назаревичехред М. Моргентал Корректор П.Гереши Редак Головач Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 2760 ВНИИП ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 роизводственно 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 упругих волн в нелинейно-упругой среде.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности путем обеспечения возможности определения амплитуд но-частотных характеристик исследуемойупругой волны, в качестве измеряемых параметров измеряют последовательность мгновенных значений скорости распространения зондирующих упругих колебаний, 10 регистрируют периодическую зависимостьизменения мгновенной скорости распространения упругих колебаний от текущего времени, а об амплитудно-частотных характеристиках исследуемой упругой волны су дят по периоду и амплитуде полученнойпериодической зависимости изменения мгновенной скорости распространения зондирующих упругих колебаний.