Основы спектральной сейсморазведки и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

 приобрести книгу 

2.5. Эффект акустического резонансного поглощения (АРП)

Подготавливая описанный выше 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 f , 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 δ2t так, как показано на рис.2-6с. Частота, на которой коэффициент прохождения становится равным нулю, была обозначена как f0 . Почему именно так, будет понятно в дальнейшем.

Эффект этот сразу вызвал недоумение, так как при исчезновении прохождения поля через пластину 3 коэффициент отражения от нее (амплитуда сигнала b) не увеличивается, что, 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.2-5, 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 85.

На рис.2-7 показаны частотные зависимости коэффициентов отражения (β), прохождения (α), а также величины эдс U (черная штриховая линия), снимаемой с приемника 8.

На рис.2-7 показаны частотные зависимости коэффициентов отражения (бетта), прохождения (альфа), а также величины эдс U (черная штриховая линия), снимаемой с приемника 8.
Рис. 2-7

Сразу обращают внимание на себя очертания зависимости U(f), которая соответствует, как было показано выше, изображению колебательной системы. То есть, получается, что эффект переизлучения первичного сигнала в ортогональном направлении указывает на то, что пластина 3 обладает свойствами колебательной системы с собственной частотой по толщине, равной f0.

Для того чтобы выяснить физический смысл частоты f0, был использован 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.

Наличие пьезоэффекта в использованной в качестве прозвучиваемой пластины 3 пьезокерамике ничего не меняет в регистрируемых эффектах при исследовании резонансных свойств пластин. Так, я нагрел эту пьезокерамическую пластину до температуры, превышающей точку Кюри, она потеряла свои пьезосвойства, однако при повторном ее прозвучивании после такого нагрева в результатах прозвучивания ничего не изменилось.

Обнаруженный эффект нужно было как-то назвать. По аналогии с другими известными в физике эффектами резонансного поглощения (парамагнитный, ядерно-магнитный, ферромагнитный, электронный), этот эффект был назван акустическим резонансным поглощением (АРП). Особо отмечу, что резонансное поглощение не имеет никакого отношения к собственно поглощению поля в результате диссипативных потерь. Резонансное поглощение - это всегда либо переориентация в пространстве (ферромагнитный резонанс и АРП), либо преобразование спектра (электронный резонанс).

Итак, эффект АРП заключается в том, что при нормальном (перпендикулярном) прозвучивании гармоническим сигналом пластины-резонатора, имеющей толщину h, на собственной частоте f0 этой пластины зондирующее поле переориентируется так, что переизлучается этой пластиной в ортогональном (относительно первичного) направлении через свои торцы. Связь между f0 и h выражается соотношением (1).

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 в сейсморазведке 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 пород. С 1977 года это используется в спектральной сейсморазведке. Но до обнаружения эффекта АРП это делалось бездоказательно.

В результате исследования эффекта АРП оказалось, что наблюдается он только в слоях, материал которых - стекло, металлы и сплавы, керамика, горные породы. В пластинах из материалов ряда 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 (а именно так и считалось всегда), то ни при каких условиях в случае нормального прозвучивания пластины 3 не смог бы произойти поворот этого поля на 90 градусов. Следовательно, исходное поле (1), распространяющееся в направлении x, должно иметь ортогональную составляющую, то есть описываться двумя взаимно ортогональными составляющими (I1x+ jI1y). И, стало быть, 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, по идее, не должна была бы никуда исчезнуть, и мы должны были бы ее обнаружить с помощью приемника 4.


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


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: