Переход на стартовую страницу книги Гликмана А.Г. "Спектральная сейсморазведка - истоки и следствия"
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En
 приобрести книгу 

1.5.1. Об измерении скорости звука

     Измерение скорости звука - единственный вид акустических измерений, которые могут быть осуществлены на метрологически корректном уровне. Это определяется тем, что, применяя для измерений сейсмоприемник, мы достоверно только и можем, что определять момент, разделяющий отсутствие сигнала и его наличие. А основой определения4 скорости распространения (движения) любого объекта - это как раз и является процесс регистрации моментов прохождения этого объекта мимо точки регистрации. И вместе с тем, это единственно возможное из акустических измерений оказалось окружено таким количеством неопределенностей, запретов и условий, что этот вопрос просто необходимо рассмотреть подробнее.
     В волновое уравнение скорость распространения упругих колебаний входит как величина постоянная. Скорость распространения упругих колебаний в однородных по вещественному составу, монолитных средах - очевидно имеет постоянную величину, и в этом никто никогда не сомневался. Но вот чему равна эта величина - непонятно.
     С одной стороны, определение скорости - простейшая процедура. Регистрируем время пробега t исследуемой субстанции определенного промежутка (измерительной базы) l , и получаем значение скорости V, усредненное по величине l :

V = l / t        (1-1)

     Казалось бы, никаких проблем. Относительная погрешность результатов такого определения скорости получается простым сложением относительных погрешностей измерения отрезка пути l и измерения интервала времени t.
     Однако при подготовке лабораторных работ я обратил внимание на большое количество в научной литературе противоречий в определениях. И в первую очередь, на один очень интересный запрет. Почему-то условия допустимости определения скорости распространения с помощью выражения (1-1) связываются с соотношением между величиной l и длиной волны . И если, скажем, измерительная база l покажется кому-то недостаточно большой относительно длины волны, то результаты измерений могут быть опротестованы.
     На самом деле, этот запрет не имеет физического смысла. Дело в том, что если при измерениях происходит регистрация момента, разделяющего состояние наличия сигнала от состояния его отсутствия или, как обычно говорят, происходит регистрация момента первого вступления, то непонятно, причем тут длина волны. Ведь длина волны, которая, как известно, есть отношение скорости распространения конкретной субстанции к частоте ее изменения, может характеризовать только периодический процесс. Момент же первого вступления может аппроксимироваться функцией Хэвисайда (ступенька или скачок), которая не является периодическим процессом и длиной волны не характеризуется. Никакой моноимпульсный процесс не может характеризоваться длиной волны, а стало быть, не может длиной волны характеризоваться и ступенька.
     При определении скорости путем регистрации момента первого вступления выявляется самая большая скорость движения или, иначе говоря, скорость распространения фронта. Это аналогично тому, как когда бегун, пересекая линию финиша, рвет ленточку. Он рвет ее частью тела, которая первая пересекает линию финиша, и никого уже не интересует, сколько времени будут пересекать эту линию все оставшиеся там руки, ноги и т.д. Также и с акустическими измерениями, когда по моменту первого вступления мы определяем скорость фронта, и совершенно не интересуемся параметрами сигнала, который будет потом, после зарегистрированного момента первого вступления. И одна из моих лабораторных работ по курсу шахтной сейсморазведки как раз и представляла собой установку, в которой можно было определять скорость распространения фронта (Vфр) при изменении частоты излучающей пьезокерамики более чем в 10 раз (от 60 до 800 КГц). Смею уверить, что при столь широком диапазоне частот (а стало быть, и длин волн) зондирующего сигнала положение момента первого вступления на шкале времяизмерительного прибора оставалось неизменным.
     Но, с другой стороны, можно понять и тех, кто придумал этот запрет. Дело в том, что при определении скорости распространения фронта даже в идеальных по однородности средах (стекло, например), значение Vфр оказалось в значительной степени зависящим от геометрии измерительной установки. Зависимость экспериментально определяемой скорости распространения звука в однородных средах от условий измерения настолько непредставима, что ученым оказалось проще окружить эту проблему массой запретов, нежели разобраться в физике этого явления.


4 Поскольку скорость непосредственно не измеряется, а вычисляется в результате измерения временного интервала, то мы стараемся избегать понятия "измерения" скорости, а применяем термин "определение" скорости


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: