Устройство селекции акустических сигналов массива горных пород

 

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для контроля состояния пород. Цель изобретения - повышение надежности работы за счет уменьшения допусков границы пространственной зоны контроля . Устр-во содержит акустические датчики (АД) запуска 1 временной зоны запрета и проверки 5, установленные вдоль оси шпура, коммутатор 4, усилитель 6 с фильтром 7 верхних частот и формирователь 11 временноГ зоны запрета. Между входом АД 1 и одним из входов коммутатора 4 включен аттенюатор 2, величина ослабления которого определяемся по форму/F , (1-cosA. / /VMHN), где а - поле: К а.У„а. ,,, -VMCIK гонно е затухание упругих волн в массиве пород; FJ - граничная частота фильтра верхних частот; V , V, - максимальное и минимальное возможные значения скорости упругих волн в массиве; л , Л максималь . у мии ный и минимальньш допустимые углы между осью шпура и образующими соответственно двух конусов, оси которых совпадают с осью шпура, а вершины находятся посередине между АД 1 и 5, Образующие конусов направлены в сторону АД 1 и расположены так,, что конус с меньшим углом при вершине охватывает заданную простi (Л со 05 со

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19! (!1) (51) 4 E 2 t С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4066111/22-03 (22) 05,05.86 (46) 23.12.87. Бюл. 1(-. 47 (71) Московский горный институт (72) А.С. Вознесенский (53) 622.831(088,8) (56) Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушающего контроля в ядерной энергетике. — M.: Атомиздат, 1980, с. 216. . Авторское свидетельство СССР

Ф 1041688, кл. E 21 С 39/00, t 982. (54) УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к области горного дела и предназначено для контроля состояния пород. Цель изобретения — повышение надежности работы за счет уменьшения допусков границы пространственной эоны контроля. Устр-во содержит акустические датчики (АД) запуска 1 временной зоны запрета и проверки 5, установленные вдоль оси шпура, коммутатор

4, усилитель 6 с фильтром 7 верхних частот и формирователь 11 временной зоны запрета. Между входом АД 1 и одним из входов коммутатора 4 включен аттенюатор 2, величина ослабления которого определяется по формуV„ êñ /РЬ (! co: Маак гонное затухание упругих волн в массиве пород; F — граничная частота фильтра верхних частот; Ч„,„, Ч,„щ, максимальное и минимальное возможные значения скорости упругих волн в массиве 1 л — максималь° /" макс ./ мин ный и минимальный допустимые углы между осью шпура и образующими соответственно двух конусов, оси которых совпадают с осью шпура, а вершины находятся посередине между

АД 1 и 5. Образующие конусов направлены в сторону АД 1 и расположены так,. что конус с меньшим углом при вершине охватывает заданную прост136 ранственную зону контроля. Конус с большим углом у основания не включае пространственную зону помехи.

При поступлении акустического сигнала (АС) на АД 1 сигнал с его выхода ослабляется аттенюатором 2 до величины сигнала, снимаемого позже с

1326

АД 5. При приходе АС не из зоны контроля амплитуда на выходе АД 5 будет больше и момент фиксации АС наступит раньше момента фиксации сигнала с АД 1. Это приведет к дополнительному повышению качества селек- . ции.АС. 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля состояния горных пород по параметрам акустической эмиссии в зоне ведения горных работ.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет уменьшения допусков границы пространственной зоны контроля.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг ° 3 — форма импульса акустической эмисси-"; на акустическом датчике запуска временной зоны запрета и акустическом датчике проверки, на фиг. 4 — расположение акустических датчиков запуска временной зоны запрета и проверки в массиве горных пород, границы зоны контроля и их асимптоты.

Устройство селекции акустических сигналов (фиг. 1) содержит акустический датчик 1 запуска временной зоны запрета, аттенюатор 2, включенный между выходом акустического датчика .1 запуска временной зоны запрета и одним из входов 3 коммутатора 4, к другому входу которого подключен акустический датчик 5 проверки. Выход коммутатора 4 подключен к усилителю б, содержащему фильтр 7 верхних частот и ограничитель 8 амплитуды, а через пороговый блок 9, и формирователь 10 запуска — к входу формирователя 11 временной зоны запрета, схемам И 12,13. Выход формирователя 1 1 временной зоны запрета соединен с входом схемы И 12, а через инвертор 14 — с входом схемы И 13, а также с входом формирователя 15 временного интервала. Выход формирователя 15 временного интервала соединен с входом формирователя 16 временной зоны нечувствительности, выход которого соединен с одним из входов

RS-триггера 17, другие входы которо5 ro соединены с выходами схем И 12, 13, а выход — с входом схемы И 13.

Выход схемы И 13 является выходом сигнализации о приводе сигнала акустической эмиссии из зоны контроля.

На временной диаграмме 18 изображены сигналы на выходах элементов схемы в случае приема акустического сигнала не из зоны контроля, а на временной диаграмме 19 — сигналы на

1r выходах элементов схемы в случае приема акустических сигналов из зоны контроля, На диаграммах 20 21 показан электрический сигнал на выходе акустического датчика 1 запуска вре20 менной зоны запрета, На диаграмме 22 показан электрический сигнал на выходе акустичес. кого датчика 5 проверки и момент 23 его фиксации пороговым блоком 9 при его появлении не из зоны контроля во время действия временной зоны 24 .запрета, изображенной на диаграммах

?5 и 26.

На диаграмме 27 изображен электри30 ческий сигнал на выходе акустического датчика 5 проверки и момент 28 его фиксации пороговым блоком 9 при приходе сигнала из эоны контроля и появлении после окончания времен 36 ной зоны 24 запрета.

На диаграммах 29, 30 изображен ,импульс на выходе формирователя 15 временного интервала, на диаграммах

31 и 32 — импульс на инверсном вы40 ходе формирователя временной зоны нечувствительности.

На диаграмме 33 показан сигнал на инверсном выходе RS-триггера 17 з 1361326 в случае прихода акустического сигнала не из зоны контроля, а на диаграмме 34 — иэ зоны контроля. На диаграммах 35 и ЗЬ изображен сигнал на выходе схемы И 13 в случае прихода

5 акустического сигнала не из зоны и из эоны контроля соответственно.

На диаграмме 37 показан электрический сигнал на выходе акустического датчика 1 запуска временной зоны запрета, а на диаграмме 38 — на выходе акустического датчика 5 проверки. На этих диаграммах отмечены верхний 39 и нижний 40 пороги cpa6a тывания порогового блока 9.

На диаграмме 37 изображены электрический сигнал 4 1 до аттенюатора

2 и электрический сигнал 42 после аттенюатора 2, а также момент 43 фиксации временного положения импульса электрического сигнала 4 1 без ослабления в момент 44 фиксации временного положения ослабленного импульса электрического сигнала 42. 25

На диаграмме 38 изображен электрический сигнал 45, приходящий из зоны контроля и имеющий меньшую амплитуду по сравнению с электрическим сигналом 41, а также момент 46 фиксации временного положения импульса с акустического датчика 5 проверки.

На фиг, 4 показаны расположение акустических датчиков и положение и ост анственной эоны контроля. р р

В шпуре 47 установлены акустический датчик 1 запуска временной зоны запрета и акустический датчик 5 проверки, При работе устройства селекции акустических сигналов в массиве 40

48 горных пород образуется пространственная зона 49 контроля, имеющая границу 50, которая непостоянна в зависимости от значения скорости упругих волн и от временного проме- 4r жутка между моментами 43 и 46 фиксации временного (промежутка) положения импульса. Этот промежуток помимо разности хода от источника акустической эмиссии до акустических 5О датчиков 1 запуска временной эоны запрета и проверки зависит также и от случайной временной добавки при фиксации временного положения импульсов, вызванной различными амплитудами сигналов на акустических датчиках 1 запуска временной зоны запрета и проверки. При максимальной скорости и отрицательной временной добавке граница охватывает меньшую зону

49 контроля, а при минимальной скорости и положительной временной добавке охватывает большую зону 51 контроля. Асимптотами границ являются конусы с образующими 52 и 53.

Один из конусов охватывает заданную пространственную зону 54 контроля, а другой не включает пространственную зону 55 акустической помехи., Иаксимальный и минимальный углы 56 ,р„,„ и 57„/6„,„„ между образующими

52 конуса, охватывающего заданную пространственную зону 54 контроля, и образующими 53 конуса, не включающего пространственную зону 55 помехи и осью шпура 47 характеризуют изменение границы 50 зон 49, 5 1 контроля, содержащих заданную пространственную зону 54 контроля.

Устройство работает следующим образом.

При приходе акустических сигналов (диаграммы 20, 21) на акустический датчик 1 запуска Временной зоны запрета с выхода этого датчика электрический сигнал ослабляется аттенюатором 2 до величины сигнала (диаграмма 22), снимаемого позже во времени с акустического датчика

5 проверки (если сигнал приходит из зоны заданной пространственной зоны 54 контроля), затем поступает

I на вход 3 коммутатора 4, через фильтр

7 верхних частот, усилитель 6, ограничитель 8, пороговый блок 9, формирователь 10 запуска запускает формирователь 11 временной эоны запрета, на его выходе образуется импульс (диаграмма 25) временной зоны запрета длительностью t . От переднего фронта импульса (диаграммы 25, 26) временной зоны запрета запускается формирователь 15 временного интервала. Импульс 25, 26 временной зоны запрета меньше импульса (диаграммы

29, 30) временного интервала на величину Ср, характеризующую временную зону разрешения, Попадание в эту зону момента 28 фиксации электрического сигнала (диаграмма 27) на выходе акустического датчика 5 проверки означает приход акустического сигнала из зоны 54 контроля. Если момент

23 фиксации электрического сигнала (диаграмма 22) на выходе акустического датчика 5 проверки попадает во временную зону 24 запрета, т о он

5 1361 считается приходящим не из заданной пространственной зоны 54 контроля.

В первом случае RS-триггер 17 перебрасывается после появления сигнала (диаграмма 36) на выходе схемы

И !3 и включает дальнейшую часть схемы (не показана) для последующей обработки сигнала. Ва, втором случае

t сигнал не имеет возможности пройти на выход схемы И 13, так как во время всего цикла хотя бы на одном из входов схемы И 13 присутствует логический ноль. Если в обычных случаях аттенюатор 2 на входе усилителя применяется с целью устранения перегрузки усилителя, то в данном случае его назначение другое. Уравняв величины сигналов с выходов акустического датчика 1 запуска временной зоны и акустического датчика 5 проверки, добиваются устранения случай" ной временной добавки к моменту 44 фиксации временного положения сигнала (диаграмма 37) с выхода акустического датчика 1 запуска временной зоны запрета, что в конечном итоге приводит к уменьшению допусков. границы 50 пространственной зоны контроля.

Поскольку допуски границы 50 пространственной зоны контроля, характеризуемые углами„з „, р пределы возможного изменения скорости звука V, V а также граничная частота фильтра верхних частот однозначно влияют на расстояние между акустическими датчиками 1 запуска временной зоны запрета и 5 проверки, то будут также влиять на величину ослабления аттенюатора 2.

1 „„„,, мИН

В связи с этим величина ослабления аттенюатора 2 выбирается из выражения а V „

K .) р (! < s 3ìîêñ Лам. ) соз .и g . мин где К вЂ” величина ослабления аттенюатора;

- погонное затухание упругих волн в массиве пород, — граничная частота фильтра верхних частот, - максимальное и минимальное возможное значение скорости упругих волн в массиве пород, 326

В

ЛМацр — максимальный и минимальный

> мчи допустимые углы между осью шпура и образующими соответственно двух конусов, оси которых совпадают с осью шпура, а вершины находятся посередине меж10 ду акустическими датчиками запуска временной зоны запрета и проверки, при этом образующие конусов направлены в сторону акустического датчи, ка запуска временной зоны запрета

15 и конус с меньшим углом при вершине охватывает заданную пространственную зону контроля, а конус с большим углом при вершине не включает пространственную зону помехи.

2О При приходе акустического сигнала не из зоны контроля амплитуда электрического сигнала (диаграмма

38) на выходе акустического датчика проверки больше, момент 46 фиксации

25 сигнала наступит раньше момента 44 фиксации сигнала с акустического датчика 1 запуска временной зоны запрета хотя бы на 1/2 периода колебаний сигнала, что приводит к доЗО полнительному повьппению качества селекции акустических сигналов.

Данное устройство позволит повысить надежность селекции акустических сигналов массива горных пород за счет уменьшения разброса допусков границы пространственной зоны контроля в результате уменьшения неопределенности момента фиксации акустических импульсов, возникающей из-за

40 принципиально разных амплитуд сигналов, снимаемых с акустических датчиков запуска временной зоны запрета и проверки.

Применение устройства особенно

4 эффективно в скважинных устройствах длительности работы с автономным питанием от источника ограниченной емкости.

Формула изобретения

5О Устройство селекции акустических сигналов массива горных пород, содержащее акустические датчики запуска временной зоны запрета и проверки, установленные вдоль оси шпура, ком55 мутатор, усилитель с фильтром верхних частот и формирователь временной зоны запрета, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения надежности работы за счет уменьшения

1361326 макс

/ мИн

27

28

ЗЗ допусков границы пространственной зоны контроля, оно снабжено аттенюатором, включенным между выходом акустического датчика запуска временной

5 эоны запрета и одним из входов коммутатора, причем величина ослабления аттенюатора определяется поформуле

К— а смак

cos ф„a. в ) 10

COS J мин Н где а — погонное затухание упругих волн в массиве пород;

F8 — граничная частота фильтра верхних частот; — максимальное и минимальное возможные значения скорости упругих волн в массиве, Лмонс, мин " максимальный и минимальный допустимые углы между осью шпура и образующими соответственно двух конусов, оси которых совпадают с осью шпура, а вершины находятся посередине между акустическими датчиками запуска временной зоны запрета и проверки, при этом образующие конусов направлены в сторону акустического датчика запуска временной зоны запрета и расположены так, что конус с меньшим углом при вершине охватывает заданную пространственную зону контроля, а конус с большим углом не включает пространственную зону помехи.

1361326

47

Я И

Составитель В.Петрова

Техред М.Моргентал

Редактор H.Ãóíbêo

Корректор А.Обручар

Тираж 453 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6207/37

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная,