Способ регистрации упругих колебаний

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 506816

Сааз Советских

Социалистических

Республик

Щ ф (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.12.72 (21) 1862396/26-25 (51) М. Кл 2 G 01V 1/24 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.76. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 2б.05.7б бйф УДК, 550.834(088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. Г. Мержанов, А. С. Штейнберг и Г. С. Штейнберг (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к технике регистрации волновых процессов, например слабых продольных и поперечных волн, распространяющихся в сплошных средах, и может быть использовано при решении ряда практических проблем сейсмологии, гидроакустики и др., в частности для создания приборов-сигнализаторов, регистрирующих момент прохождения черезвычайно слабой упругой волны через локализованную область сплошной среды, Известны способы регистрации упругих колебаний с использованием датчика упругих колебаний.

Известны электромеханические датчики, основанные, например, на эффекте наведения тока в рамке, колеблющейся в поле постоянного магнита.

Однако известные способы имеют недостаточно высокую чувствительность к слабым волнам, в частности к быстрозатухающим в сплошных средах высокочастотным упругим колебаниям.

В некоторых жидкостях даже при незначительных перегревах взрывное вскипание IIpoисходит при плотностях энергии в волне возмущения, составляющих тысячные доли микроватта на квадратный сантиметр.

С целью обеспечения фиксации момента прохождений упругих колебаний через локализованную область по предлагаемому способу в качестве датчика используют сосуд с жидкой средой, находящейся в метастабильном состоянии, при этом регистрируют ее фазовый переход, по наличию которого судят о появле5 нии упругих колебаний в месте нахождения датчика.

На фиг. 1 показана схема регистрации волновых процессов в сплошной среде по вскипанию перегретой жидкости, иллюстрирующая

10 предлагаемый способ; на фиг. 2 — схема ре.гистрации волновых процессов в сплошной среде по кристаллизации переохлажденной жидкости.

Возникновение и спонтанное развитие такого

15 перехода происходит в момент прохождения волны возмущения через область, в которой находится указанная жидкость. Высокая чувствительность к волновым процессам в том числе энергетически очень слабым обусловлена

20 специфическими особенностями метастабильной жидкости — перегретой или переохлажденной, к числу которых относится сильная зависимость критических условий возникновения фазового перехода от того, насколько сильным

25 является удаление системы от положения термодинамичексого равновесия, «жидкость новая фаза». По мере приближения к границе гомогенного зародышеобразования (в случае перегретой жидкости этой границей яв30 ляется кривая в плоскости температура

506816

3 давление, называемая спинодалью) все менее и менее сильные возмущения, передаваемые жидкости окружающей, ее сплошной средой, приводят к фазовому переходу — соответственно вскипанию или кристаллизации.

Проведенные авторами исследования на модельных сейсмографах, реализующих указанный способ, а также эксперименты и режимные наблюдения, выполненные авторами на

Камчатских и Рейнехартом — на американских гейзерах, сопоставленные с датами сильных землетрясений, происходящих в районах расположения этих гейзеров, механизм извержения которых связан с воздействием сейсмических волн на метастабильную (перегретую) гейзерную воду, позволяют считать, что на основе предлагаемого способа могут быть разработаны специальные сейсмографы для долгосрочного прогноза землетрясений, Для регистрации волнового процесса по вскипанию перегретой жидкости (фиг. 1) сосуд 1, помещенный в изучаемую сплошную среду 2, заполняют рабочей жидкостью 3 и герметизируют. Перегрев жидкости проводят либо путем создания разряжения, растягивающего жидкость (вакуумный насос 4, соединенный с сосудом 1, или сильфон 5 с механическим приводом 6 и т. п.), либо медленным нагревом сосуда 1 с помощью нагревателя 7. По показаниям термометра 8 и датчика 9 давления, установленных внутри сосуды 1, определяют степень метастабильности жидкости.

Применение способа реализуется следующим образом.

Волна возмущения (продольная или поперечная), распространяющая по сплошной среде, приходя в место расположения сосуда 1, вызывает колебания как стенок сосуда, так и жидкости, находящейся в нем, Если энергетические параметры волны (мощность, амплитуда, частота колебаний) являются достаточно высокими для инициирования образования в жидкости зародышей пара, то происходит самопроизвольное вскипание жидкости, сопровождающееся подъемом давления в сосуде 1. Фиксация вскипания осуществляется по показаниям датчика 9 давления или любого другого бесконтактного датчика 10 (емкостного, фотоэлектрического), реагирующего на изменение фазового состава в сосуде 1.

Сосуд 1, помещенный в сплошную среду 2 с температурой Tqq (фиг. 2), заполнен рабочим веществом 3. Сосуд снабжен нагревателем 4 и охлаждающим контуром 5. Функции нагревателя и холодильника могут быть совмещены в единой конструкции, представ,".я1ощей собой набор полупроводниковых спаев, соединенных последовательно, и в соответствии с эффектом Пельтье нагревающих или охлаждающих сосуд относительно окружающей среды в зависимости от направления постоянного тока в цепи такой термоэлектрической батареи. Сосуд снабжен термометром 6 и, например, фотоэлектрическим датчиком 7, реагиру10

4 ющим на изменение фазового состава рабочего вещества.

Применение явления в зависимости от соотношения между температурой равновесной кристаллизации вещества Т„р и температурой среды реализуется следующим образом.

При Т,р) Тоо (работа без дополнительного контура охлаждения 5).

Включением нагревателя 4 расплавляют рабочее вещество, фиксируемое датчиком фазового состава, затем нагреватель 4 выключают, а жидкость начинает охлаждаться вследствие теплопотерь в окружающую среду. Темп охлаждения определяется степенью заданного перегрева жидкости относительно Тщ, теплоемкостью и объемом жидкости, температуропроводностью окружающей среды, конструкцией сосуда, в частности теплопроводностью его стенок. Охлаждение жидкости проводят таким образом, что температурные градиенты в ней минимальны.

Охлаждаясь до температур Т(Т„р, регистрируемых термометром 6, жидкость становится метастабильной. Волна возмущения, распространяющаяся по сплошной среде 2, приходя в место расположения сосуда 1, вызывает колебания как стенок сосуда, так и жидкости, находящейся в нем. Если энергетические параметры волны (мощность, амплитуда, частота колебаний) являются достаточно высокими для инициирования образования в жидкости зародышей твердой фазы, то происходит самопроизвольная кристаллизация вещества, сопровождающаяся подъемом его температуры. Фиксация этого момента осуществляется по показаниям термометра 6 и датчика 7.

После этого процесс повторяют — нагрев, расплавление, остывание и т. д.

При Т„р .. Тоо (работа с дополнительным холодильником).

Если температура равновесной кристаллизации Т„р близка или меньше температуры окружающей среды Тоо, то применяется контур охлаждения 5, Включая его, снижают температуру жидкости. После охлаждения жидкости до Т(Т>;р, осуществляемого с минимальной пространственной температурной неоднородностью, фиксация волн возмущения осуществляется аналогично Т„.р) Тоо, Формула изобретения

Способ регистрации упругих колебаний с использованием датчика упругих колебаний, приводимого в контакт с объектом, в котором возникают упругие колебания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения фиксации момента прохождения упругих колебаний через локализованную область, в качестве датчика используют сосуд с жидкой средой, находящейся в метастабильном состоянии, при этом регистрируют ее фазовый переход, по наличию которого судят о появлении упругих колебаний и месте нахождения датчика.