Акустическая установка для исследования горныхпород

 

ОПИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Созетскиз

C0liHBJlHcòí÷åñêíõ

Республии

И АсТРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зявпсс мос от авт. свидетельства №

Заявлено 11.III.1966 (№ 1068515/26-25) Кл. 42с, 42

5а, 47, 00 с присоединением заявки №

Комитет по делам 1ПК С 01v

Е 21b

УДК 550.834:622.241 (088 8) изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 14 1Х.1970. Бтолле сп ¹ 29

Дата опубликования описания 18.XII.1970

Авторы изобретения

Я. Е. Белсутький, В. Н. Михайловский и В. H. Первушии

Физико-механический институт AH Украинской ССР 3 а я вител ь

АКУСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД

Изобретение относится к области геофизических исследований.

Известны косвенные методы выявления и оконтуривания неоднородностей горных пород, использующие возможности дифференциации 5 горных пород по их отличающимся акустическим характеристикам. Возможность обнарухкения и оконтуривания рудных тел преду.сматривает сиспользование упругих колебасний тонального диапазона частот; двух взаимодо- 10 полняющих друг друга з вукометрических методов: 1чтетодозт частотно-селективной тени при прозвучивании, когда в пазличных точках профиля наблюдения измеряется зависимость амплитуды от частоты колебаний, и методом от- 15 пажений, когда в точках приема измеряются отрезки времени между передними фронтами посланного и отраженного импульсов на подстроенных на максимальный сигнал фиксированных частота ; максимального использова- 20 ния известной информации о посылаемом сигнале для достижения максимальной помехозагцищенпости в условиях сильных производственных помех.

Известная акустическая установка для ис- 25 следования горных пород содержит излучатель, блок питания излучателя, контрольный акусти теский приемник; блок формирования сигналов возс у>кдения излучателя, содер>кащий задающий генератор, регулятор ампли- ЗО туд, усилитель; блок измерения принимаемого сигнала, каждый канал которого содержит я кустический прием ник, предварительный, входной и оконечный усилители; регистрирующий прибор.

С целью программной стаоилизации излучения в режиме прозвучивания, в блок формирования сигналов возбуждения излучателя введены импульсное устройство, связаннос с акустическими приемниками, и электронный ключ, обеспечивающие период и длительность посылки сигналя возоуждения, а регулятор амплитуд, блок питания излучателя, излучатель и контрольный акустический приемник охвачены стаоилизирующей отрицательной обратной связью.

С целью повышения помехоустойчивости измерительного блока, он содержит управляемый фильтр, связанный с задающим генератором, а в каждый измерительный канал введен фазовый детектор, связанный с задающим генератором через фазовращатель с ручной или автоматической регулировкой фазы.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемой установки.

Она содержит излучатель I упругих колебаний с контрольным акусти|сестсттч приемнпкохт 2, блок питания излучателя, состоящий пз вьтпряыитсля 3 и усилителя мощности 4; блок формирования сигналов возбувсдения излуча281838

10 тели, содержащий усилигель 5, электронный ключ б, регулятор амплитуд 7. задающий генератор 8, импульсный блок 9, электронный ключ 10, входной усилитель 11 и переключатель 12; блок измерения, содержащий акустические приемники 13 и 14, предварительные усилители 15 и 1б, входные усилители 17 и 18, управляемый фильтр 19, оконечные усилители

20 и 21, фазовые детекторы 22 и 23, фазовращатели 24 и 25, шлейфовый осциллограф 2б, электронный осциллограф 27.

Выпрямитель 3 питает усилитель мощности

4 и обеспечивает подмагничивание вибратора (излучателя) 1. На вибраторе устанав сн контрольный акустнческдй нрнетЪик 2, с помощью )сотпрого-кийтролируетсн, а аааисимости от типа датчика, амплитуда смещения, колебательная скорость, колебательное ускорение или мощность. Прошедший через породу сигнал принимается приемниками 13 и 14 электродинамического типа с двумя обмотками, одна из которых используется для выделения принятого сигнала и последующего усиления предварительными усилителя 15 и 1б, а другая — для демпфирования приемника во время прохождения поверхностной волны специальными импульсами от импульсного блока 9. Усиленные сигналы поступают по соединительному кабелю во входные усилители !

7 и 18. Затем сигнал одного из каналов проходит через управляемый фильтр 19, средняя частота которого изменяется синхронно с частотой задающего генератора 8, а полоса пропускания может плавно регулироваться в зависимости от уровня помех и формы сигнала (от 1,5 до 100 /О). Прием непрерывного сигнала осуществляется при узкой полосе, а импульсного — при оптимальной. После этого отфильтрованный сигнал поступает на оконечные усилители 20 и 21 либо на регистрацию шлейфовым осциллографом 2б и вертикальные пластины электронного осциллографа 27, либо на схемы фазовых детекторов 22 и 23, существенно повышающих помехоустойчивость приема сигнала. Опорные напряжения на фазовые детекторы подаются с генератора 8, задающего частоту упругих импульсов через два фазовращателя 24 и 25. Фаза опорного сигнала может плавно изменяться в избранном диапазоне частот в интервале +-90 .

Отраженные сигналы приходят на вход фазовых детекторов в неизвестной фазе и подстройкой потенциометра фазовращателей 24 и 25 можно добиться их оптимального выделения. Возможно периодическое изменение амплитуды и полярности отраженного сигнала на выходе фазового детектора на фоне помех.

Это позволяет путем корреляции визуальных наблюдений н механического перемещения движка потенциометра обнаружить на фоне помех отраженный импульс. Сигналы с выхода фазовых детекторов можно регистрировать шлейфовым осциллографом 2б или электронным осциллографом 27.

ЗО

Задающий генератор 8 непрерывно гсиериP S eT СИН утСОИДаЛЬНЫЕ КОЛЕОаНИЯ BPBHHOH Частоты, которые поступают на фазовращатели

24 и 25 и на регулятор амплитуды 7. Регулирование амплитуды осуществляется электроннылI «шунтом», коэффициент передачи которого изменяется в зависимости от величины управляемого напряукения, подаваемого на его вход. С выхода регулятора амплитуд 7 синусоидальный сигнал поступает на электронный ключ б, который открывается на время, равное длительности посылки си пуааи-— дальной пачки с периолпн -рнайыьй периоду посыткиатаы.трачен. Период и длительность

ылки задается специальными схемами в импульсном блоке 9. С выхода электронного ключа б сигнал поступает на выходной усилитель 5 и затем по кабелю — на раскачку усилителя мощности 4. Кроме того, сигнал с выхода регулятора амплитуд 7 поступает на электронный ключ 10, который включается импульсом управления с блока 9 сразу же после запирания ключа б, изменяет фазу синусоидального сигнала на 180, что позволяет в определенной степени погасить свободные колебания электродинамического излучателя. В импульсном блоке 9 также формируются управляющие импульсы блокировки приемников

13 и 14 на время прохождения поверхностной волны. Сигнал с выхода контрольного приемника 2 поступает на входной усилитель 11, отличающийся повышенной стабильностью, а затем после детектирования через переключатель 12 — на управляемый вход регулятора амплитуд 7. Таким образом осуществляется стабилизирующая обратная связь в системе, охватывающая не только электрические цепи, но и акустические устройства.

Если датчик оп орного напряжения системы стабилизации построить частотно-зависимым, причем частотная зависимость будет обратной частотной зависимости акустического излучателя 1 и контрольного приемника 2, то применение такой системы программного регулирования позволит устранить погрешности за счет передающего тракта. При постоянноЙ частоте заполнения такая система позволяет стабилизировать выходную акустическую мощность при изменении коэффициента передачи электронных блоков передающей части аппаратуры, что может быть вызвано нестабильностью сети в шахтных условиях.

Регистрирующий электронный осциллограф

27 может работать в режиме регистрации приходящих сигналов как в блоке «дальности» радиолокационных станций, когда на вертикальные пластины подается отраженный сигнал, а на горизонтальные — пилообразное напряжение, частота которого равна частоте посылок. Кроме того, возможна регистрация в режиме фотонакопления.

Таким образом, данная аппаратура позволяет поддерживать постоянной колебательную скорость излучателя в широком диапазоне частот и тем самым снизить погрешности из281838

15

Составитель Э. Терехова

Техред A. А. Камышникова Корректор Л. Л. Евдонов

Редактор Э. Квочкина

Заказ 3582/7 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 лсрения за счет неравномерности частотной

<арактеристики излучателя и изменения параметров передающего тракта; посредством временной селекции запиранием приемников на определенный промежуток времени устранить

3ëèÿHèå поверхностных волн, что улучшает реистрацию отраженных волн и разрешающую пособность акустической аппаратуры — -rrpH зысоком уровне производственных помех аппаратура позволяет использовать частоту, фа у и длительность опорного сигнала, посыламого в породу путем не только частотной

Ьильтрации, но и синхронного детектирования подстраиваемой фазой. Для использования зозможности дифференциации пород по ча.тотной зависимости коэффициента затухания и сокращения трудоемкости снятия амплитудно-частотных характеристик затухания упру.-их волн на отдельных фиксированных частогах производится автоматическое синхронное изменение частоты задающего генератора и управляемого фильтра с автоматической записью амплитудно-частотной характеристики исследуемого массива.

Предмет изобретения

1. Акустическая установка для исследования горных поро д, содержащая излучатель, блок питания излучателя, контрольный акустический приемник; блок формирования сигналов возбуждения излучателя, содержащий задающий генератор, регулятор амплитуд, усилитель; блок измерения IIDHHH æeìîãо сигнала, каждый ка..рл- которого содержит акуст iiAih приемник, предварительный, вход,ной и оконечный усилители; регистрирующий прибор, отличающаяся тем, что, с целью программной стабилизации излучения в режиме прозвучивания, в олок формирования сигналов возбуждения излучателя введены импульсное устройство, связанное с акустическими приемниками, и электронный ключ, обеспечивающие период и длительность посылки сигнала возбуждения, а регулятор амплитуд, блок питания излучателя, излучатель и контрольный акустический приемник охвачены стабилизирующей . отрицательной обратной связью.

2. Установка по л. 1, отличающаяся, тем, что, с целью повышения помехоустойчивости измерительного блока, он содержит управляемый фильтр, связанный с задающим генератором, а в каждый измерительный канал введен фазовый детектор, связанный с задающим генератором через фазовращатель с ручной или автоматической регулировкой фазы.