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 

3. Резонансные эффекты в пластинах

3.1. Эффект монохроматора

     Из рассказанного выше можно понять, что к некоторому моменту сложилась парадоксальная ситуация. С одной стороны, развивался и уже применялся метод спектральной сейсморазведки, а с другой, оставалась совершенно непонятной физика эффектов, лежащих в его основе. И, по сути, все лабораторные измерения, которые делались, чтобы приблизиться к пониманию этой физики, уводили от него еще дальше.
     Наконец, на каком-то этапе, было принято решение исследовать в лабораторных условиях резонансные свойства слоев (пластин, плоскопараллельных структур и т.п.).
     Как следовало из литературы, единственный резонансный эффект, характерный для пластин - это многократные отражения звука между их плоскостями, и как частный случай - эффект монохроматора.
     Строго говоря, монохроматор не является резонатором, поскольку его работа связана не с наличием у пластины собственных колебательных свойств, а описывается интерференцией. Эффект монохроматора заключается в том, что на той частоте (fmh), когда на толщине слоя h укладывается целое количество (n) продольных (l) полуволн (l / 2), происходит полное прохождение гармонического сигнала и полное отсутствие его отражения:

h = n l / 2      или      fmh = n Vl / 2h          (3-1)

     Но с чего-то же нужно же было начать изучение резонансных свойств, и поэтому мы начали с исследования монохроматора.

...измерительная установка, с помощью которой предполагалось наблюдение этого эффекта
Рис. 3-1

     На рис.3-1 показана измерительная установка, с помощью которой предполагалось наблюдение этого эффекта. Пьезокерамический дисковый преобразователь 1 возбуждается генератором гармонического электрического напряжения 2. Преобразователь 1 имеет достаточную направленность, чтобы мы могли описывать излучаемое им поле параллельными лучами. Исследуемая пластина 3 толщиной h устанавливается нормально (перпендикулярно) направлению излучаемого поля. Пьезопреобразователь 1 используется как в режиме излучения, так и в режиме приема, и поле, отраженное от пластины 3, регистрируется пьезокерамическим диском 1. Та часть поля, которая проходит сквозь пластину 3, регистрируется пьезокерамическим дисковым приемником 4.
     Измерения могут проводиться в воде или в любой другой приемлемой для материала образца жидкости, а для того, чтобы компенсировать отражения от стенок бассейна 5, бассейн повернут так, что главная измерительная ось x совпадает с его диагональю а, кроме того, для этого применяются рассеиватели 6.
     Для наблюдения эффекта монохроматора необходимо, чтобы сигнал, возбуждающий пьезокерамическую пластину 1, будучи гармоническим и изменяющимся, при необходимости, по частоте, имел бы ограниченную длительность, то есть был одновременно и импульсным. В противном случае, разделить зондирующий и отраженный сигнал невозможно. В литературе рекомендуется применять для этого так называемый радиоимпульс, который изображен на рис.3-2а и представляет собой гармонический сигнал, заключенный в огибающую прямоугольной формы.


Рис. 3-2

     Однако на самом деле, спектр такого сигнала очень далек от спектра гармонического сигнала. Дело в том, что в моменты времени t0 и tT сигнал является удароподобным, то есть быстро изменяется по амплитуде от 0 до максимума, и поэтому является широкополосным. Стало быть, в эти моменты зондирующий сигнал возбудит как излучатель 1 (на его собственной частоте), так и прозвучиваемую пластину 3, если она обладает резонансными свойствами. И действительно, попытка наблюдать эффект монохроматора с помощью сигнала, изображенного на рис.3-2а, оказалась безуспешной.
     Обратившись к ученым, рекомендовавшим для изучения эффекта монохроматора радиоимпульс, я понял, что сами они этому совету не следовали. И, как оказалось, раньше, до нас, эффект монохроматора в акустике действительно никто не наблюдал. Математическое описание этого эффекта взято из оптики, а экспериментально, в чистом виде, в акустике его не видели.
     Наиболее подходящим для наблюдения эффекта монохроматора оказался импульсно-гармонический сигнал, показанный на рис.3-2b. Будучи ограниченным во времени, он при этом является узкополосным. Это достигается тем, что как нарастание амплитуды гармонического заполнения, так и спад происходят не мгновенно (удароподобно), а по экспоненте, в течение времени 1t.
     На самом деле, узкополосным является не весь зондирующий сигнал, а только средняя его часть, где амплитуда остается неизменной. И судить об изменении коэффициентов отражения и прохождения звука при прозвучивании пластины 3 следует по изменению только средней части зондирующего сигнала, то есть в течение времени 2t.
     Визуализатор информации - осциллограф 7. На канал I приходят с пьезокерамики 1 сигналы a и b. Сигнал a - зондирующий, с генератора, а сигнал b - отраженный от пластины 3, и сдвинутый во времени относительно сигнала a. На канал II приходит сигнал с, прошедший сквозь прозвучиваемую пластину 3.
     Эффект монохроматора наблюдается в пластинах из всех материалов, и проявляется он в следующем. На частоте монохроматора fmh отсутствует отражение сигнала от пластины 3, что проявляется отсутствием средней части сигнала b в течение времени 2t, как это показано на рис.3-2с. При этом сигнал, прошедший через пластину 3, идентичен по форме зондирующему сигналу, приведенному на рис.3-2b, и имеет такую же амплитуду, как если бы никакого объекта между пьезопреобразователями 1 и 4 не было. Факт полного прохождения сигнала через пластину 3 устанавливается очень просто. Извлекая во время измерения на частоте fmh пластину 3 из бассейна, можно убедиться в том, что амплитуда сигнала с при этом остается неизменной.
     Таким образом, коэффициенты прохождения и отражения на частоте fmh соотносятся следующим образом:

     Такое соотношение коэффициентов отражения и прохождения на частоте fmh является, по сути, проявлением закона сохранения энергии: все, что не отражается - проходит через пластину. А кроме того, свидетельствует об отсутствии поглощения в материале пластины 3, а также, и это самое главное, о правомерности использования выбранной нами измерительной установки для дальнейшего использования ее при изучении других эффектов, связанных с прохождением и отражением звука от пластины.
     Также можно отметить, что эффект монохроматора оказался действительно идентичным этому эффекту в оптике. И, таким образом, с этого момента уже нельзя было говорить, что ни одно положение теоретической акустики твердых сред не может быть подтверждено экспериментально. Эффект монохроматора оказался первым среди этих положений. Но, пока что, единственным.

3.2. Эффект акустического резонансного поглощения (АРП)

     Подготавливая описанный эксперимент по наблюдению эффекта монохроматора для изучения его студентами на лабораторных работах, я обнаружил, что на частоте, несколько более высокой (процентов на 10-15), чем fmh, можно наблюдать эффект, по сути, противоположный эффекту монохроматора. То есть такой эффект, когда отсутствует не отражение, а сквозное прохождение сигнала. Исчезновение сигнала с проявляется на осциллографе 7 пропаданием средней части сигнала на время 2t так, как показано на рис.3-2с.
     Частота, на которой коэффициент прохождения становится равным нулю, была обозначена как f06.
     Однако эффект этот сразу вызвал недоумение, так как при исчезновении прохождения звука через пластину 3 коэффициент отражения от нее (амплитуда сигнала b) не увеличивается, как, казалось бы, должно быть из соображений закона сохранения, только что подтвержденного при наблюдении эффекта монохроматора.
     Естественно, использование этого эксперимента в качестве студенческой лабораторной работы опять пришлось отложить. Опротестовывать закон сохранения энергии я не собирался, а как иначе объяснять студентам явный энергетический дефект, я не знал.
     После года поисков, недостающую часть сигнала удалось найти. Как оказалось, та часть сигнала, которая на других частотах проходит насквозь, на частоте f0 переориентируется в ортогональном направлении и излучается торцами пластины.
     Для регистрации этой части сигнала пришлось в установку, изображенную на рис.3-1, добавить пьезокерамический приемник 8. Осциллограф 7 при этом уже должен быть трехканальным с тем, чтобы на канал III поступал сигнал d -, снимаемый с пьезокерамического приемника 87.


Рис. 3-3

     На рис.3-3 показаны частотные зависимости коэффициентов отражения (, кривая желтого цвета), прохождения (, красная штриховая линия), а также величины эдс (U, черная штриховая линия), снимаемой с приемника 8. Вдали от изучаемых резонансных явлений зависимости показаны неявно из-за различных неоднородностей частотных характеристик элементов измерительной установки.
     Сразу обращают на себя очертания зависимости U(f), которая соответствуют, как было показано в разделе 2, изображению колебательной системы. То есть, получается, что эффект переизлучения первичного сигнала в ортогональном направлении указывает на то, что пластина 3 обладает свойствами колебательной системы.
     Для того чтобы выяснить физический смысл частоты f0, мы использовали в качестве пластины 3 пьезокерамический диск-резонатор, применяемый, скажем, в эхолотах. При этом частота f0 оказалась равной собственной частоте пьезорезонатора (по толщине), а частотная зависимость снимаемой с пьезокерамической пластины 3 ЭДС полностью совпала с зависимостью U(f), и это еще с одной стороны свидетельствует о том, что f0 есть не что иное, как собственная частота пластины-резонатора. Совпадение же собственной частоты колебательной системы с частотой внешнего воздействия (в данном случае, генератора 2) - это резонанс. То есть переориентирование поля в ортогональном направлении происходит на резонансе.
     Использование в качестве прозвучиваемой пластины 3 пьезокерамики ничего не меняет в регистрируемых эффектах при исследовании резонансных свойств пластин8. Это свидетельствует о том, что сам по себе пьезоэффект ничего к резонансным свойствам пластин не добавляет, а служит лишь для того, чтобы эти свойства могли быть зарегистрированными.
     Обнаруженный эффект нужно было как-то назвать. По аналогии с другими известными в физике эффектами резонансного поглощения (парамагнитный, ядерно-магнитный, ферромагнитный, электронный)9, этот эффект был назван акустическим резонансным поглощением (АРП).
     Итак, эффект АРП заключается в том, что при нормальном прозвучивании гармоническим сигналом пластины-резонатора, имеющей толщину h, на собственной частоте этой пластины по толщине f0 часть зондирующего поля переориентируется так, что переизлучается этой пластиной в ортогональном (относительно первичного) направлении через свои торцы. Связь между f0 и h выражается следующим соотношением:

f0 = Vsh / h,          (3-2)

где Vsh - скорость поперечных (сдвиговых) волн10.
     Частота f0 - это собственная частота, которой характеризуются гармонические затухающие колебания, возникающие в результате ударного воздействия на пластину-резонатор толщины h. То есть тот колебательный процесс, который всегда воспринимали как помеху при выделении эхо-сигнала, на самом деле, спектрально связан с размерами прозвучиваемого объекта, а, стало быть, может использоваться, в частности, при определении геологического строения массива горных пород11.
     В результате исследования эффекта АРП оказалось, что наблюдается он только в слоях, материал которых - стекло, металлы и сплавы, керамика, горные породы. В пластинах из оргстекла этот эффект не существует.
     Обнаружение эффекта АРП имело очень большое значение для развития спектрально-сейсморазведочного направления. Теперь уже мы имели моральное право внедрять методику прогнозирования горнотехнической ситуации в угольных шахтах, так как обнаруженный физический эффект явился доказательством правомерности наших утверждений о том, что строение породной толщи имеет непосредственную связь со спектром сейсмосигнала.
     Однако и при наблюдении эффекта АРП было не все ясно.
     В самом деле, ведь если бы исходное поле, распространяющееся в направлении x, характеризовалось только одним вектором, совпадающим с ним по направлению, то ни при каких условиях в случае нормального прозвучивания пластины 3 не смог бы произойти поворот этого поля на 90 градусов. Следовательно, исходное поле (I1), распространяющееся в направлении x, должно иметь ортогональную составляющую, то есть описываться двумя взаимно ортогональными составляющими (I1x+ jI1y). И, стало быть, результирующий вектор, характеризующий поле, распространяющееся в направлении x, по направлению не совпадает с направлением x.
     Но если это действительно так, то, с одной стороны, становится понятным, что на резонансе в направлении y излучается мнимая составляющая поля. Но с другой стороны, реальная часть, в принципе, не должна была бы никуда исчезнуть, и мы должны были бы ее обнаружить с помощью приемника 4.


6 Почему именно так, будет объяснено в дальнейшем.

7 Измерительная установка изображена схематично, и поэтому допущено искажение временных интервалов на осциллографе.

8 Если пьезокерамическую пластину нагреть до точки Кюри, она потеряет свои пьезосвойства. Однако при повторном ее прозвучивании после такого нагрева не изменится ничего.

9 Вопреки укоренившемуся мнению, исчезновение поля при наблюдении любого эффекта резонансного поглощения происходит не из-за собственно поглощения (перехода в тепло), а из-за преобразования - пространственного, как в случае АРП или ферромагнитного резонанса, или спектрального, как в случае электронного резонанса.

10 Здесь мы опять немного забегаем вперед. Обоснование этого будет дано дальше.

11 С 1977 года это используется в спектральной сейсморазведке

3.3. Первое использование пьезопленки

     История открытия эффекта АРП - это история сплошных поисков. Сначала в течение года велись поиски той (мнимой) части поля, которая потом обнаружилась с помощью пьезоприемника 8. А еще год велись поиски реальной части поля, которая должна была быть воспринята там, где стоит приемник 4. И опять на помощь пришел Случай.
     В процессе изучения амплитудно-частотных характеристик, приведенных на рис.3-3, не очень наглядно получались участки спектра, удаленные от частот fмх и f0. Это было обусловлено наличием неравномерных частотных характеристик излучающей и приемной пьезопластин. Поскольку пьезокерамические пластины приемников сами являются колебательными системами, то это неизбежно. Для того чтобы избежать этого, было решено применить вместо пьезокерамики пьезопленку, так как пьезопленка по механическим свойствам подобна полиэтилену, который относится к средам ряда оргстекла, а стало быть, собственных колебаний не имеет.
     По поводу пьезопленки в литературе говорится, что она имеет очень низкую эффективность, и это является препятствием для ее применения. Но в наше время, когда применение усилителей не является проблемой, это не может быть препятствием для использования пьезопленки в ультразвуковых измерениях.

3.3.1. Сравнение свойств пьезокерамики и пьезопленки

     Для знакомства с пьезопленкой можно применять любую установку, в которой можно установить на некотором расстоянии l друг от друга два пьезопреобразователя - АЭП (акустоэлектрический) и ЭАП (электроакустический), и при этом менять пьезокерамические и пьезопленочные преобразователи, а также их режимы с излучения на прием в соответствии со схемой, приведенной на рис.3-4. В таблице 3-1. приведены коэффициенты передачи получившихся при этом четырехполюсников.


Рис. 3-4

     При наличии у преобразователей резонансных явлений коэффициент передачи изменяется в очень широких пределах, и поэтому пары, содержащие пьезокерамику, должны работать на частоте, существенно меньшей самой низкой собственной частоты.

Табл. 3-1.

NN

излучатель (эап)

приемник (аэп)

коэффициент передачи U2/U1

1

пьезокерамика

пьезокерамика

10-3

2

пьезокерамика

пьезопленка

~0,2x10-3

3

пьезопленка

пьезокерамика

~0,2x10-3

4

пьезопленка

пьезопленка

0

     Как видно из этой таблицы, пьезопленка как в режиме излучения, так и в режиме приема не намного (всего лишь раз в 5) уступает по эффективности пьезокерамике, но это касается тех случаев, когда пленка работает в паре с керамикой. В случае пары пленка-пленка коэффициент передачи оказывается столь малым, что полезный сигнал на выходе выделить на фоне помех не удается. В связи с этим у меня возникла гипотеза, заключающаяся в том, что пьезопленка излучает один тип упругих колебаний, а принимает другой, ортогональный излучаемому.
     При этом стало понятным происхождение легенды о том, что по чувствительности пьезопленочный приемник намного уступает пьезокерамическому. Дело в том, что при использовании пьезокерамических приемников возникает эффект кажущегося увеличения их чувствительности за счет их колебательных (резонансных) свойств. Этот эффект иллюстрируется рис.3-5. При регистрации пьезокерамическим приемником сигнала амплитуды U, размах амплитуды электрического напряжения на его клеммах достигнет величины, в Q раз большей. Это увеличение никому не нужно, так как информативным является только начальный участок сигнала. Точно такой же сигнал, как на рис.3-5, будет иметь место при измерениях кинематических характеристиках поля упругих колебаний. При регистрации момента первого вступления t0 нас вообще интересует только самое начало сигнала, а увеличение его за счет резонансных свойств пьезокерамического приемника является даже мешающим, поскольку при недостаточном усилении мы можем ошибиться и зарегистрировать момент t0 на несколько периодов позже.

При регистрации пьезокерамическим приемником сигнала амплитуды U, размах амплитуды электрического напряжения на его клеммах достигнет величины, в Q раз большей
Рис. 3-5

     Подчеркиваю, что пьезопленку мы использовали исключительно для того, чтобы при измерениях избавиться от резонансных свойств пьезоприемника. Однако, кроме того, что мы при этом действительно избавились от резонансных свойств пьезоприемника, обнаружилась реальная составляющая поля.
     Оказалось, что при использовании пьезопленки в качестве приемника 4, никаких резонансных проявлений вблизи частоты f0 не видно. Частотная зависимость коэффициента прохождения при использовании пьезопленочного приемника 4 на рис.3-3 показана штриховой линией, помеченной надписью " (пленка)". То есть, если бы с самого начала в качестве чувствительного материала приемника 4 использовалась пьезопленка, то об эффекте АРП мы бы так ничего и не узнали.
     Таким образом, оказалось, что пьезопленка в режиме приема регистрирует как раз ту часть поля, которую не регистрирует пьезокерамика.
     В связи с этой находкой, вернемся к таблице 3-1. Совместив вывод о том, что пленка в режиме приема реагирует только на реальную составляющую поля, с данными таблицы, получим:

  1. В режиме приема пленка реагирует только на реальную составляющую поля упругих колебаний;
  2. В режиме излучения пленка является источником мнимой составляющей поля упругих колебаний;
  3. В режиме приема пьезокерамика реагирует только на мнимую составляющую поля;
  4. В режиме излучения пьезокерамика является источником обеих составляющих поля.

     На самом деле, эта информация о свойствах пьезоматериалов относительно разных составляющих поля упругих колебаний далеко не полная, и является зародышем для совершенно нового подхода к физике этого поля.

3.4. О комплексном характере звукопроводности, а также поля упругих колебаний

     Получается, что пьезокерамика в режиме приема не воспринимает реальную составляющую поля, то есть, работает как датчик мнимой составляющей поля, а пьезопленка - наоборот, воспринимает только реальную часть. В режиме же излучения пьезокерамика, как видим, создает как реальную, так и мнимую составляющие поля упругих колебаний.
     Когда возникает речь о комплексном характере поля, неизбежным становится рассмотрение и комплексного характера звукопроводности. И действительно, если при прохождении через прозвучиваемый объект поле не только уменьшается по амплитуде, но изменяется соотношение между составляющими его векторами, то это свидетельствует о том, что коэффициент прохождения через этот объект имеет комплексный характер. Коэффициент прохождения есть отношение амплитуды поля в зоне приемника 4 (I4) к амплитуде излучаемого поля (I1). Для того чтобы при комплексном характере поля I1 поле I4 не имело мнимой составляющей (что имеет место на резонансе), коэффициент должен иметь комплексный характер:

     Звукопроводящие свойства слоя-резонатора на резонансе таковы, что исходное поле разделяется на две его составляющие. Активная составляющая проходит сквозь этот резонатор и может быть зарегистрирована пьезопленкой на месте приемника 4, а мнимую составляющую регистрируем с помощью пьезокерамического приемника 5. Пластина из оргстекла такими свойствами не обладает. Звукопроводность сред, подобных оргстеклу, имеет чисто активный характер и соотношения между реальной и мнимой составляющими поля при их прозвучивании не изменяются. И таким образом, получается, что звукопроводность подавляющего большинства твердых сред, и в том числе, горных пород, обладает звукопроводностью, имеющей комплексный характер.
     Следующим этапом исследований было совмещение пьезопленочного и пьезокерамического преобразователей, и такой комбинированный приемник в дальнейшем использовался в качестве приемника 4. При этом оказалось, что регистрируемые этими двумя чувствительными элементами сигналы, соответствующие обеим составляющим поля, приходят к приемнику 4 одновременно (естественно, это касается измерений вне частоты f0). Следовательно, скорость распространения в жидкости обеих составляющих поля - реальной и мнимой - одна и та же.

3.5. О скоростях продольных и поперечных волн. О фазовой скорости

     Таким образом, на основании изложенных выше экспериментов можно считать доказанным, что поле упругих колебаний в общем виде состоит из реальной и мнимой части. Мнимая часть поля отвечает за формирование собственных колебаний. Возникает вопрос, имеем ли мы право назвать реальную и мнимую составляющие поля соответственно продольными и поперечными волнами...
     Если по признаку значений скоростей, которым удовлетворяют выражения (3-1) и (3-2), то можем. И тогда можем предложить следующие формулировки:

продольными волнами является реальная часть поля упругих колебаний, характеризуемая скоростью Vl , определяемой по выражению (3-2), то есть с помощью эффекта монохроматора;

поперечными волнами является мнимая часть поля упругих колебаний, характеризуемая скоростью Vsh , определяемой по выражению (3-1), то есть с помощью эффекта АРП.

     Но, с другой стороны, как мы видели, обе составляющие поля распространяются в звукопроводящей жидкости измерительной установки с одинаковой скоростью. Кстати, это противоречит известному утверждению о том, что поперечные волны в жидкостях не распространяются. Но как мы уже видели, очень многие утверждения о свойствах поля упругих колебаний базируются на очень ненадежном основании, так что пока что это противоречие оставим без комментариев.
     Что же касается физического смысла скоростей Vl и Vsh, то дело здесь в следующем.
     Между скоростями распространения и скоростями, указанными в выражениях (3-1) и (3-2), существует принципиальная разница. Скорость, характеризующая разного рода резонаторы либо объекты, работающие в режиме стоячих волн (как, например, монохроматор), не является скоростью распространения, поскольку данный конкретный процесс никуда не распространяется, а существует в замкнутом объеме. Скорость, которая характеризует поле в режиме стоячих волн, является фазовой скоростью.
     Понятие фазовой скорости возникло в 30-х годах ХХ века, когда было обнаружено, что скорость электромагнитного поля в волноводах превышает скорость распространения света в свободном пространстве. Эта скорость определялась путем измерения расстояния между узлами и пучностями по длине короткозамкнутого волновода. Интерпретация этого явления Мандельштамом показала, что скорость фазовая в электродинамике противопоставляется скорости распространения.
     В научной и учебной литературе по акустике тоже существует понятие фазовой скорости, но смысл этого понятия определен не четко. Неопределенность понятия обусловлена неопределенностью результатов при проведении измерений, направленных на определения кинематических характеристик поля упругих колебаний. Скорость фазовую в акустике некоторые авторы определяют как то, что можно определить в эксперименте, и противопоставляют ее скорости групповой, которая в однородных материалах должна иметь постоянное значение независимо от того, что получается в эксперименте. С чисто методологических позиций такой подход не является приемлемым. В рамках физики нет и не может быть субстанций, не подлежащих экспериментальному определению. В связи с этим, мы под фазовой скоростью поля упругих колебаний будем впредь понимать, как и в электродинамике, характеристику поля в режиме стоячих волн.
     То есть, скорости Vl и Vsh - это фазовые скорости соответственно продольных и поперечных волн, и они-то как раз и являются характеристиками среды. Скорость же распространения и есть та самая скорость, которая, как указывалось выше, в зависимости от геометрии измерительной установки может изменять свое значение при измерениях в несколько раз.

3.6. Какой тип колебаний регистрируется сейсмоприемником

     Рассмотрение эффектов монохроматора и АРП можно осуществить еще под одним углом зрения. В обоих случаях имеет место режим стоячих волн. Только монохроматор – это режим стоячих продольных волн, а АРП - поперечных. Режим стоячих волн на поперечном процессе как раз и создает условия для синфазного колебания поверхности торцов прозвучиваемой пластины-резонатора. То есть, для направленного излучения в направлении, ортогональном первичному излучению.
     Осмысление всего вышесказанного в настоящем разделе заняло очень большое время, так как все это существенно расходится с общепринятыми подходами к кинематическим характеристикам продольных и поперечных волн. Но ведь и в самом деле, давно уже следовало отдать себе отчет, что характеризовать какой-либо тип упругих колебаний параметрами смещения колеблющихся частиц в упругой волне, как минимум, неправомерно, поскольку на сегодняшний день просто не существует технических средств, позволяющих эти параметры оценить. Ни для амплитуды смещения колеблющихся частиц, ни для скорости либо ускорения их смещения, ни для механического напряжения в упругой волне - датчиков не существует. По этой же причине совершенно неправомерны утверждения о пригодности каких бы то ни было сейсмоприемников для регистрации того или иного типа упругих волн. То есть понятия продольных и поперечных волн, возникшие еще в начале XIX века чисто умозрительно, никогда не подкреплялись результатами измерений. Однако
     в свете рассмотрения свойств поля упругих колебаний с учетом эффекта АРП это уже и теряет свою актуальность. Сейчас стало ясно, что все сейсмосигналы, имеющие вид затухающего гармонического колебания, сформировались в результате возбуждения соответствующих геологических структур, проявивших свойства колебательных систем на поперечных волнах.
     Или, иначе говоря, сейсмосигналы, имеющие вид затухающих гармонических процессов, сформированы поперечными волнами, и какими бы свойствами ни обладали сейсмоприемники, о других типах колебаний просто не может идти речь. Но здесь, правда, речь должна идти еще о другом. Существующие сейсмоприемники обладают собственной колебательностью, и гармонический характер сейсмосигналов имеет место также и по этой причине. То есть судить о характере сейсмосигналов на основании применения существующих сейсмоприемников нельзя. Просто пока что следует понимать так, что поскольку все сейсмосигналы имеют вид гармонических затухающих процессов, то ни о каких других типах упругих колебаний кроме поперечных не может быть речи.

3.S. Выводы по разделу 3

     Как любой фундаментальный эффект, а эффект резонансного поглощения чего угодно (то есть либо электромагнитного, либо звукового поля) - безусловно фундаментальный эффект, - эффект АРП имеет множество следствий (и последствий), каждое из которых является составляющей новой парадигмы. В частности, следующее.
     Поперечный процесс является ортогональным первичному упругому воздействию, и следовательно, должен рассматриваться на мнимой оси. Или, иначе говоря, поле упругих колебаний следует представлять как явление комплексное, причем реальная ось - продольные волны, а мнимая - поперечные.
     В электротехнике реальная составляющая, то есть активная составляющая электропроводности конкретной цепи отвечает за энергетику (двигатели, нагрев и т.д.), а мнимая, то есть реактивная составляющая - за формирование собственных колебаний (резонансные явления).
     В акустике получается прямая аналогия. Поэтому аналогии сохраним и в терминологии. Реактивная звукопроводность обеспечивает формирование в объектах собственных упругих колебаний на поперечных волнах. При наличии реактивной звукопроводности отсутствует распространение первичного упругого воздействия, так как оно сразу преобразуется спектрально, и распространяется уже в другом виде, будучи преобразованным как по спектру, а так и пространственно.
     Как будет показано в дальнейшем, собственные упругие колебания слоя-резонатора распространяются вдоль этого слоя, не выходя за его пределы.
     Наличие эффекта АРП является доказательством того, что собственные упругие колебания возникают на поперечных колебаниях.


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: