Устройство для контроля состояния заколов

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на выработки Цель - повышение эффективности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом. Для этою ч-снроиство снаожено стержнем, на од ном конце которою скреплен но зб ли гель колебаний, а на ф гоммикрофон 4 На возбудителе жеоко накреплен пьезоэлемеш (ПЭ) 3 Л икрофон 4 мере) последовательно сое инненные ии.ппедь 12. ключ 13. полосовой филыр Н, блок 15 ем кости памяти и НП 16 подключен к ииф ровомл индикатору 17. а ПЭ 3 ч, рез у си литель 7 соединен с входами пороговою каскада (ПК) 8 и пикового детектора (ПД) 9 Последовательно с выходом ПК 8 соединены блок 10 задержки импульса и формирователь 11 ИМПУЛЬСОВ Выход ПД ) подключен к правляк)1нем вхо п ciiime- ля 13 Bxoi стачовки блока 15 сое динен с входом ПК 8, а входы сы новки ПД 9 и АЦП 16 соединены с выходом формирователя 11 Держа стержень рчками со стороны микрофона 4, опера юр наносит виброво збуднтетем дар по закот ( ила .iapa измеряется ПЭ i Прошенная по возд волна ог п(;верхносги за ко ш проходит к микрофон 4 Электронной схемой производится обработка сигналов от микрофона 4 и ПЭ 3 и осуществляется индикация результата в цифровой форме 3 ил Ј (Л О5 ГчЭ J 05 CD С5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,,SUÄÄ 1627696 A 1 (>l ) > l. 2>(С 3!), !)1 ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2l) 4642951/03 (22) 30.01.89 (46) 15.02.91. Б(о.!. Ë<> 6 (7l) Институт г«отехнической механики

АН УССР (72) Б. <><1. Усаченко, В. Н. Сс ргиенко, А. А. Яланский, В. В. Баранов и А. В. Бойко (53) 622.23.05 (088.8) (56) Патент Франции ¹ 2133283, кл. Е 2! С 39/00.

Справочник по интегральным микросх«мам. /(lод ред. Б. В. Тарабрина. Ч.: Радио и связь, 1985, с. 244, 439.

Справочник flo радиоэаектронным устройствам. / Под. ред, !1. П. Линде. > 1. Энергия, 1978, т. 1, с. !30, 185.

Авторское свидетельство СССР

¹ 924372, кл. Е 21 С 39/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО 1.1Я КОНТРО, IH

СОСТОЯНИЯ ЗАКОЛОВ HA КОНТУРЕ

ВЫРАБОТКИ (57) Изооретение относится к горно»у дс,f) и нр«дназначено для Обнаружения заколов на контуре выработки. Цель — повыпн ни« эффективности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения

;кесткости связи зако1а с массивом.,<для То2 ! <) («ГР< И<1 НО (I< !i <> rh(Il<) (Т(Р Ж Н(», till О,lно» к(>1 h<>f()p(>f<) <<>кр«ил«н НО <бх:!If 1(,11, колебаний,;! На Ipx f <>» — »Ifhp()(I)<>ff 4.

Hi3 B() 3<><> Iит(., 1«ж((тl(<) <«.«>эле»cff f П;э) 3. Xffhp<>($><»f 4 к р«з ИО«л(донат«льно соедин IIHI>l(усилитель I 2>, клн> 1

l3, по 1<>«OB()(I фил(,тр ((, блок (5 (»ко(. ти II If(>,(к.1к)ч(. II h и и (р ровому ин.fffh;33()px 17,;3 !1э 3 <ц p(з сплитт(,11 7 «.>(, 1и н(. и (вход; !» и fl()p()(ÎBo1 о каска !а (!(К) 8 и IIHK()B<)f() д«T«ê÷<>p;I (П 1) (3. 1(<)«,!«дона !«льн<> с и n();3<>» 11((. 8 соедин(ны блок (О «3д«р кки и»нуль«> и ((>Орх<иро(3!!т«ль 11 If»II>,,<ьс(>B. Выхо.< (1.1 подкл)оч«н к управ,)ян>пих< t>xo.fó у It.<иг«ля 13. 13м> у«T<3чонки II зя б 1()K<3 15 «О«днн«н «вхо((>1 (I К 8,;I входы ус;;3 новки нуля Г! <1 9 и АЦ(1 16 сое;1ин(нь< с выходо» фор»ирователя !1.. 1«рж!3 стерж«нь рi нами О стороны микрофона 4, Оfl(ðBò<>ð наносит нибровозбудител«м у.(ар по заколу (ил<3 >,1а из»(ряс тся 1 1 >, <>. l!po Ill(Iн! 3я

ПО НО 1> Х» ВО, I На О Г ll<>B«P Х НОСТИ .«3 КО, 1<3 проходит к микрофону 4. Электронной схе»ой произнодится обработка сигналов ()T х)икро(!>Она 4 и ПЭ 3 и осун(ествляется и и д и и а ! и я р е 3 х л I >т а т и в ц и (I) p О B() и ф 0 p (3 ил.

1627696

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на контуре выработки и определения жесткости связи их с массивом.

Цечь изобретения — повышение информативности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом.

На фиг. 1 представлено конструктивное выполнение устройства; на фиг. 2 — электрическая блок-схема устройства; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Основой конструкции является стержень

1. На одном его конце закреплен возбудитель 2 колебаний, представляющий собой, в простейшем случае, металлическую болванку со сферической контактной поверхностью. На возбудителе жестко закреплен пьезоэлемент 3. Микрофон 4 через акустический изолятор 5 закреплен на другом конце стержня. На этом же конце находится корпус 6, в котором расположена электронная схема.

Пьезоэлемент 3 соединен с входом первого усилителя 7. Выход усилителя 7 соединен с входами порогового каскада 8, выполненного, например, в виде триггера

Шмидта и пикового детектора 9. Последовательно с выходом порогового каска.ьа 8 соединены блок 10 задержки импульса, выполненный, например, в виде ждущего олновибратора и формирователь 11 импульса, также выполненный в виде ждущего одновибратора. Последовательнро с выходом микрофона 4 соединены второй усилитель 12, коэффициент усиления которого зависит от уровня постоянного напряжения на управляющем входе, ключ 13, который соединен управляющим входом с выходом формирователя 11 импульса, полосовой фильтр !4, имеющий полосу пропускания, нижняя граница которой выше основной частоты изгибных колебаний стержня, а верхняя граница — не ниже, чем верхняя граница воспринимаемых микрофоном частот, блок 15 емкостной памяти, имеющий в своем составе одну интегрирующую ячейку с постоянной интегрирования, намного превышающей продолжительность колебаний за кола, аналогово-цифровой преобразователь 16, цифровой индикатор 17. Управляющий вход второго усилителя 13 соединен с выходом пикового детектора 9. Вход установки нуля (сброса) блока 15 емкостной памяти соединен с входом 8 порогового каскада. Входы установки нуля (сброса) пикового детектора 9 и аналоговоцифрового преобразователя 16 соединены с выходом формирователя 11. Блок 18 питания обеспечивает подачу необходимых питающих напряжений на все остальные блоки.

Устройство работает следующим образом.

Держа стержень руками со стороны микрофона оператор наносит возбудителем

1О

35 удар по заколу (имеющемуся или предполагаемому). С помощью пьезоэлемента 3 осуществляется измерение силы удара и синхронизация электронной схемы. Прошедшая по воздуху волна от поверхности закола проходит к микрофону 4, акустически изолированному от стержня изолятором 5, Часть электронной схемы, расположенной в корпусе 6, производит обработку поступившего от микрофона сигнала и осуществляет индикацию результата в цифровой форме.

Работа электронной схемы в подробностях иллюстрируется временными диаграммами согласно фиг. 3 и происходит следующим образом.

При контакте поверхности возбудителя колебаний с поверхностью закола в обоих соприкасающихся телах возникают колебания. Чем слабее связан закол с массивом, тем больше «добротность» его как колебательной системы и, следовательно, амплитуда и длительность колебательного процесса. Возникшие в возбудителе колебания преобразуются пьезоэлементом (акселерометром) в электрический аналог с пропорциональностью напряжения сигнала силе удара (фиг. За) . Усиленный усилителем 7 сигнал с пьезоэлемента попадает на вход порогового каскада 8, на выходе которого формируется прямоугольный импульс (фиг. 36). В пиковом детекторе 9 запоминается максимальная амплитуда сигнала с пьезоэлемента. По переднему фронту импульса на выходе порогового каскада запускается ждущий одновибратор блока 10 задержки (фиг. Зв). Длительность импульса в блоке задержки определяется из выражения где К = 0,8 — 0,9;

Š— расстояние между контактной поверхностью возбудителя и микрофоном;

V — скорость звука в воздухе.

По заднему фронту импульса блока 10 задержки запускается формирователь 11 импульса (фиг. Зг). Длительность импульса выбирают наверняка большей, чем продолжительность колебательного процесса в заколе. Последняя находится в пределах

0,5 — 50 мс.

После нанесения удара волна упругой деформации распространяется по стержню и с некоторой задержкой, ослабленная акустическим изолятором 5, попадает в микрофон 4 (фиг. Зд) . Из-за частотной дисперсии в акустическом изоляторе в спектре электрического сигнала на зажимах микрофона преобладают низкочастотные составляющие. Через некоторое время микрофона достигает волна, прошедшая от кровли по воздуху (фиг. Зд). Сигнал с микро162 76 .1о фона усиливается усилителем 12. 3а время между появлением сигнала в пьезоэлементе 3 и приходом к микрофону воздушной волны от колеблющейся кровли в усилителе 12 успевает пройти переходной процесс, в результате которого коэффициент усиления однозначно определяется уровнем напряжения на выходе пикового детектора. Причем большему уровню напряжения соответствует меньшее усиление и наоборот. Таким образом, существенно уменьшается влияние силы удара по пара метра м исследуемого в дальнейшем пришедшего от закола сигнала.

Пройдя через усилитель 12, сигнал -поступает на ключ 13. С помощью этого ключа осуществляется временная селекция сигнала, так как он отпирается формирователем 1! импульса, непосредственно перед приходом к микрофону воздушной волны от колеблющегося закола.

С целью подавления низкочастотных составляющих сигнала, вызванных неуспевшими затухать колебаниями стержня, используется полосовой фильтр 14, ориентировочная полоса пропускания которого 200 — 20000 Гц.

Подачей импульса с выхода порогового каскада 8 на вход установки нуля блока 15 емкостной памяти в последнем перед поступлением сигнала через открытый ключ 13 устанавливается «О» на выходе. При поступлении сигнала на вход блока 15 происходит его детектирование и последующее интегрирование. Поскольку постоянная времени ьыбрана намного больше длительности сигнала, то напряжение на выходе блока 15 находится в прямой пропорциональной зависимости от амплитуды и длительности сигнала.

По заднему фронту импульса формирователя 11 происходит установка нуля в пиковом детекторе 8 и происходит запуск аналого-цифрового преобразователя 16. Б течение некоторого интервалы времсни (фиг. 3 ) происходит преобразование ы налог() Hot.o си гнала на выходе блока ) 5 в цифровой

5 код и подача его на цифровой индикатор 17.

Формула изобретения

Устройство для контроля состоя ни я заколов на контуре выработки, содержащее возбудитель колебаний, расположенный на возбудителе пьезоэлемент, последовательно соединенные с пьезоэлементом первый усилитель, пороговый каскад, блок задержки импульса и формирователь импульса, преоб15 разователь колебаний в электрический сигнал, выполненный в виде микрофона, с которым последовательно соединены второй усилитель, управляемый формирователем импульса ключ, полосовой фильтр, блок емкостной памяти и блок питания, огличаюи ееся тем, что, с целью новы пения информативности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет опрсделения жесткости связи закола е массивом, оно снабжено стержнем, ны одном

25 конце которого расположен возбудитель колеба н и й, а на другом — ми крофон, пиковым детектором, соединенным с выходом пе рвого усилителя, последо вы тел ьно соединенными с выходом блока емкостной памяти аналогово-цифровым преобразователем и цифровым индикатором, причем второй усилитель выполнен с ы втомытической регулировкой усиления и соединен входом управления этой регулировки с выходом пикового детекторы, вход установки нуля блока емкостной памяти сосдинеii е выходом порогового каскады, а входы блока установки нуля пикового детскторы и аналого-цифрового преобразователя соединены с выходом формирователя импульсы.

1627696

Составитель М Китайская

Редактор М. Товтин Текред A. Кравчук Корректор М Кучерявая

Заказ 323 Тираж 294 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ (.ССР ! 3035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4!5

Произнодственно-издательский комбинат «Патент», г Ужгород, ул. Гагарина, () I