О нас | Услуги | Оборудование | Книги по теме | Примеры | Связь | Карта | Форум | Видео | En |
ЧАСТЬ 1. ИСТОКИ1. О наличии в сейсмосигнале гармонических затухающих процессов1.1. О первых наших акустических измерениях в шахтных условиях Задача, поставленная передо мной при первом в моей жизни спуске в угольную шахту в 1977 году состояла в следующем. Нужно было необходимо найти технологичный и метрологически корректный способ определения затухания звука при распространении его в породах кровли. Это было необходимо для решения следующей задачи.
Качественный характер этих обеих зависимостей затухания звука в породах кровли, какими они казались априорно, до проведения измерений, показан штриховыми кривыми 1 и 2 на рис.1-1. По оси ординат на этом рисунке откладывается относительная величина прохождения звука I в породах как величина, обратная затуханию; h - расстояние от источника звука; f - частота акустического сигнала. Предполагалось, что если проводить измерения в двух горных выработках с различной трещиноватостью кровли в них, то при переходе от пород кровли с меньшей трещиноватостью к породам с большей трещиноватостью зависимость 1 сменится на зависимость 2.
При проведении этих измерений неукоснительно выполнялось главное требование метрологии - оно заключается в том, что результаты должны быть повторяемы. Сразу отметим, что выполнить это требование для получения зависимости I(l) не удалось. При любом, самом незначительном перемещении измерительной установки, показания стрелочного индикатора отличались существенно больше, чем это можно было бы объяснить погрешностью аппаратуры. Причина этого явления стала понятной значительно позже, и описана она в разделе 6.
|
1.2. О спектральных характеристиках сигналов Дело в том, что такая вот, примерно колоколообразная3 форма амплитудно-частотной характеристики есть не что иное как спектральное изображение затухающего синусоидального сигнала. Кроме того, подобную форму имеет амплитудно-частотная характеристика одиночного электрического колебательного контура.
Форма амплитудно-частотной характеристики колебательного контура идентична спектру сигнала, который возникает при ударном возбуждении этого колебательного контура. Для иллюстрации этого момента приведен рис.1-3, на котором изображена затухающая синусоида, которая возникает при ударном воздействии на колебательный контур. Этот сигнал приведен во временнóм (а) и спектральном (b) изображении.
|
1.3. Как выявить наличие интерференционной составляющей сигналаСпектральное и временнóе изображения одного и того же сигнала информативно действительно полностью идентичны. Однако на практике в этом можно убедиться только в том случае, когда гармоническая составляющая всего одна. Если гармонических составляющих сигнала несколько, то выявить его структуру возможно только при его спектральном изображении. На рис.1-4 приведены три сигнала во временнóм и спектральном изображениях. Сигнал а) представляет собой одну затухающую синусоиду; в состав сигнала b) входят три затухающих синусоиды; сигнал с) возник в результате интерференции.
Оси ординат спектральных изображений размечены в значениях плотности спектра А(f), в соответствии с принятыми обозначениями при спектрально-временных преобразованиях. Добротность сигнала а) равна 120. Если для электрического колебательного контура такая добротность является средней по величине, то при сейсмоизмерениях - это очень высокое значение. Однако такое хоть и редко, но встречается. Такие случаи чреваты возникновением геодинамических явлений, о чем будет рассказано в разделе 13, во второй части настоящей работы.
|
1.4. Исторический экскурс Совсем непросто было после очень многолетних утверждений о том, что все сейсмосигналы обусловлены интерференционными процессами, заявить, что это не так. Помогло мне сделать это знание истории открытия электрического колебательного контура.
где С - статическая емкость конденсатора, а А - его динамическая емкость. И только в дальнейшем, уже после его смерти, A было заменено на индуктивность L. Сейчас, когда мы знаем физику работы электрического колебательного контура, любой школьник выведет его уравнение. Но вот как можно было вывести его, не зная даже о роли индуктивности - этого я не представляю себе. |
1.5. О первом нашем измерении кинематических характеристик Первый результат, связанный с регистрацией собственных упругих колебаний в породных слоях, был получен при первом же моем спуске в шахту. Однако доклады об этом, которые мне приходилось делать в ходе выполнения научно-исследовательской работы, воспринимались в высшей степени отрицательно. Аргумент был странным, но я его слышал постоянно. Дескать, весь научный мир исследует кинематические характеристики поля упругих колебаний, и если спектр акустических сигналов никого не интересует, то и нам заниматься этим не следует.
|
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.
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.
|
1.5.2. Описание измеренийСхема лабораторной установки приведена на рис.1-5а. Исследуемая модель представляла собой лист оргстекла толщиной (h) 20 мм и размером 1,5Х1,5 м. Как излучатель И, так и приемники П находятся в середине листа, чтобы уйти от краевых эффектов.
Ударное воздействие в точке И осуществляется с помощью пьезокерамического преобразователя, возбуждаемого коротким электрическим импульсом. Регистрация моментов первого вступления осуществляется в нескольких точках для того, чтобы выяснить, во-первых, возможное наличие анизотропии, а во-вторых, возможную зависимость определяемой скорости от величины измерительной базы. Значок "" означает, что измерение осуществляется в направлении, перпендикулярном плоскостям модели; а значок "=" - вдоль поверхности модели.
|
1.S. Выводы по разделу 1 Испокон веков считалось, что законы распространения упругих колебаний в газообразных, жидких и твердых однородных средах в общих чертах подобны законам распространения света. Пуассон предположил, что твердые среды от жидких и газообразных отличаются тем, что в них, вследствие наличия сдвиговых деформаций распространяются кроме продольных еще и поперечные колебания. Но принципиально это ничего не изменило, так как предполагается, что эти и многие другие типы упругих колебаний все равно распространяются по законам геометрической оптики. А следовательно, в общем виде, свойства поля упругих колебаний и акустические сигналы, регистрируемые соответствующими приемниками, определяются интерференционными процессами.
|
Обсудить статью |
При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна | Публикации о нас |
|
Реклама на сайте: |