Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2023. Т. 44. №3. C. 144-156. ISSN 2079-6641

ФИЗИКА

https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-44-3-144-156

Научная статья

Полный текст на русском языке

УДК 534.23:681.884

Содержание выпуска

Read English Version 

Локализация источников акустического излучения по данным распределенной системы комбинированных приемников

А. О. Щербина^\ast, А. А. Солодчук

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, с. Паратунка, ул. Мирная, 7, Россия

Аннотация. Акустико-эмиссионный метод является одним из эффективных методов неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния пород. При этом источником сигнала служат сами исследуемые породы. Сигналы геоакустического излучения представляют собой комбинацию импульсов различной амплитуды, длительности (порядка 30-100 мс) и частоты заполнения (до 10 кГц), с крутым фронтом и плавным спадом. Частота следования импульсов варьируется от единиц в минуту до нескольких сотен в секунду в зависимости от напряженно-деформированного состояния пород. В статье представлены результаты эксперимента по определению расстояния до источников высокочастотного акустического излучения, генерируемого в приповерхностных осадочных породах. Регистрация таких сигналов осуществлялась с помощью установленной в естественном водоеме распределенной системы, состоящей из двух комбинированных приемников и одного всенаправленного приемника звукового давления. Использование комбинированных приемников дает возможность восстановить пространственно-временное распределение вектора колебательной скорости частиц среды в волне, используя векторно-фазовые методы, и определить направление на источник сигнала. Локализация источников излучения осуществлялась двумя способами: триангуляцией и по разнице времени прихода сигналов с разнесенных приемников. Измерены координаты более чем 40 источников акустического излучения, построено их пространственное распределение. Погрешность измерений составила менее 0.5 м. В работе представлены направления для дальнейшего развития исследования для повышения точности локализации источников излучения. Настоящая статья является расширенной и переработанной версией одноименного доклада, представленного авторами на XIII международной конференции «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений» (25 – 29 сентября 2023, с. Паратунка, Камчатский край).)

Ключевые слова: геоакустическое излучение, высокочастотная геоакустическая эмиссия, локализация источника звука, векторно-фазовые методы.

Получение: 15.10.2023; Исправление: 22.10.2023; Принятие: 31.10.2023; Публикация онлайн: 02.11.2023

Для цитирования. Щербина А. О., Солодчук А. А. Локализация источников акустического излучения по данным распределенной системы комбинированных приемников // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2023. Т. 44. № 3. C. 144-156. EDN: XNEHRM. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-44-3-144-156.

Финансирование. Работа выполнена в рамках Государственного задания по теме (2021—2023 гг.) «Физические процессы в системе ближнего космоса и геосфер при солнечных и литосферных воздействиях», регистрационный номер АААА-А21-121011290003-0.

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

^\astКорреспонденция: E-mail: albert_pkam@mail.ru

Контент публикуется на условиях Creative Commons Attribution 4.0 International License

© Щербина А. О., Солодчук А. А., 2023

© ИКИР ДВО РАН, 2023 (оригинал-макет, дизайн, составление)

Список литературы

  1. Чебров В. Н., Салтыков В. А., Серафимова Ю. К. Прогнозирование землетрясений на Камчатке. По материалам работы Камчатского филиала Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, оценке сейсмической опасности. и риска в 1998-2009 гг.. М.: Светоч плюс, 2011. 304 с.
  2. Paparo G., Gregori G. P., Coppa U., DeRitis R., Taloni A. Acoustic emission (AE) as a diagnostic tool in geophysics, Annals of geophysics, 2002. vol. 45, no. 2, pp. 401–416, DOI: 10.4401/ag-3511.
  3. Долгих Г. И., Купцов А. В., Ларионов И. А., Марапулец Ю. В., Швец В. А., Шевцов Б. М., Широков О. П., Чупин В. А., Яковенко С. В. Деформационные и акустические предвестники землетрясений, Доклады академии наук, 2007. Т. 413, № 1, С. 96–100.
  4. Марапулец Ю. В. Высокочастотный акустоэмиссионный эффект, Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки, 2015. Т. 10, № 1, С. 44–53, DOI: 10.18454/2079-6641-2015-10-1-44-53.
  5. Lukovenkova O., Marapulets Yu., Solodchuk A. Adaptive Approach to Time-Frequency Analysis of AE Signals of Rocks, Sensors, 2022. vol. 22, pp. 9798, DOI: 10.3390/s22249798.
  6. Гордиенко В. А. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Физматлит, 2007. 480 с.
  7. Марапулец Ю. В., Щербина А. О. Оценка ориентации оси наибольшего сжатия пород с использованием точечной приемной системы на основе комбинированного приемника, Акустический журнал, 2018. Т. 64, № 6, С. 703–711, DOI: 10.1134/S0320791918060096.
  8. Гусев В. Г. Системы пространственно-временной обработки гидроакустической информации. Л.: Судостроение, 1988. 264 с.
  9. Shcherbina A., Solodchuk A. Improved algorithm for detecting pulses in geoacoustic emission signals
    recorded by a combined receiver in Kamchatka, AIP Conf. Proc., 2023. vol. 2910, no. 1, pp. 020137, DOI: 10.1063/5.017529.
  10. Аль-Одхари А. Х., Фокин Г. А., Федоренко И. В., Рябенко Д. С., Лавров С. В. Исследование влияния геометрического распределения пунктов приема и источника радиоизлучения на точность позиционирования, Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С, 2017. № 4, С. 7.
  11. Гринь И. В., Ершов Р. А., Морозов О. А., Фидельман В. Р. Оценка координат источника радиоизлучения на основе решения линеаризованной системы уравнений разностно-дальномерного метода, Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, 2014. Т. 32, № 4, С. 71–81.
  12. Марапулец Ю. В., Шевцов Б. М. Мезомасштабная акустическая эмиссия. Владивосток: Дальнаука, 2012. 126 с.
  13. Shcherbina A., Solodchuk A. Estimation of the power of geoacoustic emission sources registered in Mikizha Lake, Kamchatka region, E3S Web of Conferences, 2019. vol. 127, pp. 03003 DOI: 10.1051/e3sconf/201912703003.

Информация об авторах

Щербина Альберт Олегович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории акустических исследований, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, с. Паратунка, Россия, ORCID 0000-0002-7236-161X.


Солодчук Александра Андреевна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории акустических исследований, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, с. Паратунка, Россия ORCID 0000-0002-6761-8978