Общие сведения об активных источниках упругих колебаний
|
В настоящее время применяются самые разнообразные источники упругих колебаний, которые основаны на различных физических принципах преобразования первичной энергии в энергию механических колебаний. В источниках упругих колебаний используется любой эффект, приводящий к ударному или колебательному действию в твердой, жидкой или газообразной средах. По физической природе преобразования первичной энергии в энергию механических колебаний различают источники; химические — взрыв от применения взрывчатого вещества (BB) или взрывчатой газовой смеси; механические — удар, вибрации; электрофизические — лазеры, электроискровой разряд в воде или газе; электромеханические — электромагнитные и электродинамические вибраторы, пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи. Электромеханические источники относятся к типу так называемых реверсивных преобразователей, позволяющих преобразовывать электрическую энергию в механическую и наоборот. Электромеханические преобразователи можно использовать как в качестве возбудителей механических колебаний, так и в качестве приемников. Эти преобразователи позволяют излучать упругие колебания в импульсном и непрерывном режимах. Активные средства возбуждения упругих колебаний в массиве горных пород обеспечивают работу в различных частотных диапазонах — от долей герц до сотен килогерц. Волновое поле, создаваемое точечным излучателем с сосредоточенной силой, соответствует излучению от вибратора или удара груза о массив, взрыва на поверхности или в воздухе. Поле от излучателя (поршневой источник) с простой распределенной силой соответствует полю, создаваемому с помощью электродинамических, электромагнитных, пьезоэлектрических, магнитострикционных преобразователей. При постоянных размерах поверхности излучения направленность колебаний источника увеличивается с возрастанием их частоты. Практически получить направленность одиночного излучателя с простой распределенной силой можно только на высоких частотах (выше 10—20 кГц), для чего используются пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи. Для получения направленности на низких частотах необходимо иметь излучатель довольно больших размеров. Создание таких излучателей связано с конструктивными трудностями, а часто и невозможно. Получить направленность на низкой частоте можно с помощью групповых систем излучателей. Эффективность действия источника возбуждения упругих колебаний оценивается коэффициентом полезного действия (к. п. д.), определяемого как отношение мощности излучения упругих волн, измеряемой вблизи источника, к мощности, расходуемой источником на создание механических колебаний массива. Для излучателей электромеханического типа таким показателем эффективности является электроакустический к. п. д., учитывающий, какая часть всей подводимой к вибратору электрической мощности расходуется на создание акустической мощности. Этот к. п. д. равен произведению акустико-механического к. п. д., характеризующего отношение акустической мощности излучателя к его механической мощности, на электромеханический к. п. д. Анализ различных источников возбуждения упругих колебаний показывает, что наименьшим к. п. д. (до 10 %) обладают источники, основанные на использовании электроискрового разряда, механического удара и взрыва. В электромеханических преобразователях к. п. д. достигает 50 %. |
