Устройство для измерения колебаний неоднородных сред

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД, содержащее основание и укрепленные на нем однокомпонентные сейсмопреобраэователи , отличающееся тем, что, с целью повышения информативности и репрезентативности измерений , основание выполнено в виде полого шара с равномерно распределенными по его поверхности контактными плоскостями в виде кругов, а однокомпонентные сейсмопреобразователи упруго закреплены в центре контактных плоскостей перпендикулярно им. (Л 00 со к

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(51) G 01 V 1 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3388986/18-25 (22) 05 02 ° 82 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) В.М.Сбоев и Г.E.ßêîâèöêàÿ (71) Институт горного дела СО

АН СССР (53) 550.834(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 419827, кл. G 01 P 15/08, 1972.

2. Справочник по пьезоэлектрическим акселерометрам и предусилителям фирмы Брюль и Къер, Выц.1978, с.99, М 4321 (прототип).

„.,Su„„108009? А (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОЛЕБАНИЙ НЕОДНОРОЦНИХ СРЕД, содержащее основание н укрепленные на нем однокомпонентные сейсмопреобразователи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности и репрезентативности измерений, основание выполнено в ниде полого шара с равномерно распределенными по его поверхности контактными плоскостями н виде кругов, а однокомпонентные сейсмопреобразователи упруго закреплены н центре контактных плоскостей перпендикулярно им.

1080097

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью обеспечения надежности, упругое

Изобретение относится к средствам измерения колебаний и может быть использовано в измерительной технике при контроле во времени и пространстве сейсмоколебаний, возникающих в различного рода неоднородных средах, например, при разработке рудных и нерудных.месторождений полезных ископаемых.

Известно устройство для регистрации сейсмоколебаний в трех взаимо перпендикулярных плоскостях, содержащее корпус с шарнирно установленными разрезными втулками, в которых закреплены концы лепестков крестовины со смонтированными на них тензопреобразователями. Данное устройство позволяет измерять три составляющие сейсмоколебаний, полу.чаемые как результат интегрального 20 воздействия механических колебаний на точку измерения, где укреплен йервичный сейсмопреобразователь,. причем исследуемый участок шахтного поля принимается однородным по сос- 25 таву и не изменяющим свои свойства во времени и пространстве. При этом считается, что информация об изменении уровня и направления сейсмоколебаний в точке измерения - З0 бесконечно малом измеряемом объекте, являющемся частью исследуемого участка шахтного поля, распространяется на весь участок f.l).

Однако с помощью данного устрой- З5 ства невозможно провести качественный контроль и оценку изменения сейсмоколебаний в массиве горных пород, если он геологически неоднороден, с трещиноватостью, нарушенной сплошностью, сбросами и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для изме" рения колебаний, содержащее основание и укрепленные на нем одноком- g5 ,понентные сейсмопреобраэователи.

При этом главные оси однокомпонентных сейсмопреобразователей находятся в трех:взаимоперпендикулярных направлениях, что позволяет определять уровень,и направление сейсмоколебаний в трех взаимоперпендикулярных плоскостях. Это устройство также предназначено для контроля сейсмоколебаний на однородных и не изменяющихся во времени и пространзакрепление преобразователей выпол. кено герметичным, а основание содержит штуцер.

2 с стве по составу и свойствам участках горного массива. При этом .процессы, происходящие практически в точке, где устанавливается сейсмопреобразователь, считаются аналогичными процессам, происходящим на всем исследуемом участке горного массива, а информация, получаемая в,точке; о распространении механического воздействия в ее окрестности, переносится по аналогии на весь исследуемый массив (2 ).

Однако данное устройство невозможно использовать при оценке сейсмоколебаний в неоднородном горном массиве. Следовательно, информация, полученная при использовании этого устройства, также будет отражать лишь процесс распространения сейсмоколебаний в однородном массиве.

При этом свойства и структура массива считаются идентичными свойствам и структуре той точки, в которой укреплен сейсмопреобраэователь.

При установлении сейсмопреобразователя в другой, расположенной близко от первой, но отличной по структуре и свойствам точке измерения и воздействии механического возмущения той же силы и направления получается иной результат. Таким образом, применение в .неоднородном массиве известного устройства приводит к невоспроизводимости и малой информативности измерений. Кроме того, недостаточна надежность работы вследствие отсутствия герметизации преобразователей и средств обеспечения надежного контакта их с неоднородным массивом.

Цель изобретения — повышение информативности и репрезентативности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения колебаний неоднородных сред, содержащем основание и укрепленные на нем однокомпонентные сейсмопреобраэователи, основание выполнено в виде полого шара с равномерно распределенными по его поверхности конl. тактными плоскостями в виде кругов

/ а однокомпонентные сейсмопреобра- эователи упруго закреплены в центре контактных плоскостей перпендикулярно им.

1080097

Кроме того, с целью обеспечения надежности упругое закрепление преобразователей выполнено герметичным, а основание содержит штуцер.

При такой конструкции многокомпонентного сейсмопреобразователя 5 устройство позволит проводить контроль изменения сейсмоколебаний не в точке, а в небольшом разнесенном пространстве — измеряемом объекте.

При этом сам измеряемый объем при- 10 нимается подобным исследуемому участку шахтного поля.

Равномерное распределение поверхности шарового основания позволяет максимально охватить измеряемый )5 объем и разделить его на пространственно равномерные зоны контроля в зависимости от количества составляющих этот объем однородных элементов, например 12 или 20 с равномер/ ным установлением на этой поверхности 12 или 20 однокомпонентных сейсмопреобразователей соответственно. При этом информация, получаемая от множества однородных контролируемых элементов измеряемого объема, отражает реальные процессы, происходящие в нем, с большой достоверностью распространяется на весь исследуемый участок шахтного поля и позволяет провести интегральную оценку изменения сейсмосигналов. Сама же поверхность шарового основания может иметь различные размеры,. например, для закладочного массива и полиметаллического участка шахт- 35 ного пространства и т.д.

Герметичность крепления корпуса каждого сейсмопреобразователя к полому шаровому основанию обеспечивает подачу внутрь него сжатого воздуха, 4р под действием которого упругие элементы, выполненные из вулканизованной резины сложной конфигурации, поджимают сейсмопреобразователи к горному массиву автономно, но с оди- 45 наковым усилием, что обеспечивает идентичность условий измерений и повышает их надежность. Кроме того, герметичное крепление позволяет использовать устройство в твердых блочных, сыпучих и жидких средах.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 — крепление однокомпонентного сейсмопреобразователя к основанию.

Устройство состоит из основания 1, выполненного в виде полого шара.

На его поверхности равномерно расположены контактные плоскости 2, перпендикулярные радиусам шара, в цент- 60 ре которых закреплены однокомпоцентные сейсмопреобразователи 3. Их оси совпадают с радиусами шара, проходящими через центры контактных плоскостей. В основании укреплен 65 многоканальный кабельный разъем 4, выход которого подключен через усилители 5 к многоканальному регистратору 6. В основании также установлен штуцер 7 для подачи внутрь него сжатого воздуха.

Однокомпонентный сейсмопреобразователь содержит корпус 8, выполненный с проточками 9 сложной кон- фигурации, головку 10, упругий элемент 11 сложной формы, помещаемый между корпусом и втулкой 12, в которой имеются отверстия 13, расположенные под углом 120 для удобства крепления втулки к основанию, резиновую прокладку 14, поджимную гайку 15 и кабельный разъем 16 для подачи выходных сигналов с каждого однокомпонентного сейсмопреобразователя к многоканальному кабельному разъему и далее к усилителям и многоканальному регистратору.

Устройство работает следующим образом.

При исследовании неоднородного массива на каком-либо его участке выбирается измеряемый объем. Основание устанавливается на измеряемом объеме, через штуцер 7 внутрь основания подается под давлением

12 ат. сжатый воздух, подпирая упругие элементы 11 сейсмопреобразователей и создавая плотный контакт с горным массивом.

Затем к устройству подключается питание и проводятся измерения.

Сейсмосигнал, возникший в неоднородном массиве, принимается укрепленными выполненными на основании 1 на контактных плоскостях 2 однокомпонентными сейсмопреобразователями 3 и подается через кабельный разъем 4 и усилители 5 к многоканальному регистратору 6 с соответствующим числом каналов, где регистрируется в каждый момент времени амплитуда принятых на всех каналах сигналов, Использование предлагаемого устройства для определения максимальной составляющей сейсмоколебаний, возникающих в толще массива горных пород, обеспечивает воэможность проводить интегральную оценку распространения сейсмоколебаний в неоднородном и мгновенно изменяющем под влиянием быстропротекающих механических воздействия свои свойства горном массиве. Равномерное распределение однокомпонентных сейсмопреобразователей в измеряемом объеме позволяет максимально охватить этот объем и разделить его на пространственно равномерные эоны контроля, что увеличивает репрезентативность информации. Paihxe контактные условия между измеряемым объемом и каждым одно1080097

41. 2

Составитель M.Ñïàññêèé

Редактор Л.Алексеенко Техред В.Далекорей

КорректоР Г.Решетник

Заказ 1331/47 Тираж 711

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 компонентным сейсмопреобразователем обеспечивают надежность измерений.

Соблюдение условия герметичности повышает надежность работы и позволяет проводить измерения в твердых блочных и сыпучих, а также в жидких средах, изменяющих свои свойства во времени и пространстве.

Таким образом, все технико-экономические преимущества предлагаемого устройства позволяют повысить точность измерений при исследовании в нелинейных средах динамических проявлений массива горных пород.

По сравнению c базовым объектом, который является и прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает на 1 шахту экономический эффект в 23,8 тыс.руб.