Устройство для определения состояния пород в горной выработке Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения опасного состояния стенок и кропли горных выработок.

Известно устройство для определения состояния пород в горной выработке, содержащее датчик акустических колебаний, последовательно соединенный с широкополосным усилителем и индикатором ij .

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная невозможностью определения контура отслоения породы. ,

Известно также устрой тво для определения состояния пород в горной выработке, содержащее электроакустический преобразователь, соединенный с выходом усилителя, мощ- ности, и преобразователь акустичес-. ких колебаний, соединенный с входом широкополосного усилителя, выход которого подключен к последовательно соединенным фильтру, триггеру Шмитта и индикатору 2 .

Недостаток данного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает безопасность исслвдований, поскольку возбуждение и прием акустических колебаний в кровле осуществляют контактным способом.

. Целью изобретения является повышение безопасности исследований.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения состояния пород в горной выработке, содержащее электроакустический преобразователь, соединенный с выходом усилителя мощности и преобразователь акустических колебаний в электрический сигнал, соединенный с входом широкополосного усилителя, выход которого подключен к последовательно соединенным фильтру, триггеру ЩнитА та и индикатору, .снабжено источником когерентного оптического излучения, а в качестве преобразователя акустических колебаний в электрический сигнал использован фотодетектор, при этом в устройство дополнительно введены генератор низкой частоты, фазовый детектор, фильтр низких частот, ключевой элемент,генератор пилообразного напряжения, управляющее реле и усилитель, при этом один выход генератора низкой частоты.Соединен с входом усилителя мощности, выход фильтра и другой выход генератора низкой частоты соединены с входами фазового детектора, выход которого через фильтр низких частот и замыкающиеся контакты управляющего реле соединен с управляющим входом ключевого элемента, управляющий вход которого соединен через размыкающиеся контакты управляющего реле с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход ключевого элемента подключен к входу генератора низкой частоты, кг:)оме того, выход триггера Шмитта через усилитель соединен с входом управляющего реле..

Такое вютолнение устройства позволяет осуществить бесконтактный прием и возбуждение акустических колебаний в исследуемой точке массива, и тем самым повысить безопасность исследований.

На фиг.1 изображена схема работы устройства в выработке) на фиг.2 блок-схема устройства. - Устройство состоит из преобразователя акустических колебаний(промодулированного когерентного оптического излучения в электрический сигнал 1 и электроакустического преобразователя 2.

Преобразователь 1 промодулироi ванного когерентного оптического излучения в электрический сигналфотодетектор соединен последовательно с широкополосным усилителем 3, фильтром 4, триггером ИЫитта 5 и индикатором (частотомером) б. К выходу полосового фильтра 4 через фазовый детектор 7, фильтр

8низких частот, ключевой 9, управляющий .частотой и фазой

колебаний, синхронизируемого генератора, генератор 10 низкой частоты и усилитель 11 мощности присоединен преобразователь 2 электрических колебаний в акустические. К выходу полосового фильтра 4 через Триггер Шмитта 5 и усилитель 12 присоединено управляющее реле 13 с размыкающимися контактами 14, соединяющими генератор 15 пилообразного напряжения с ключевым элементо

9и замыкающими контактагли 16, включенными между фильтром 8 низких частот и ключевым элементом 9. Устройство питается от аккумулятора 17 через выключатель 18 и преобразоват ль напряжения 19.

Для оптической связи между возбужденным акустическими Колебаниями участком кровли и преобразователем 1 промодулированного когерентно оптического излучения в электрический сигнал служит автономный источник когерентного оптического излучения лазер 20,

Работа устройства заключается в следующем.

Генератор 15 пилообразного напряжения через замкнутые контакты 14 управляющего реле 13 и ключевой элемент 9 периодически изменяет частоту генератора 10 низкой частоты. Усиленный усилителем 11 мощности синал поступает на преобразователь 2 электрических колебаний в акустические колебания воздуха, возбууодающие колебания в кровле, которые модулируют оптическое излучение лазера 20, преобразующееся в преобразова теле 1промодулированного оптическо го когерентного излучения в.электрический сигнал, поступающий на вхо широкополосного усилителя 3 и после усиления в нем через полосовой фильтр 4, триггер СОмитта 5, усилитель 12 на управля яцее реле 13, раз мыкающее контакты 14, отключающие генератор 15 пилообразного напряжения от ключевого элемента 9, и замыкающее контакт.ы 16, включающие це фазовой автоматической подстройки частоты. В фазовом детекторе 7 входной си нал с выхода полосового фильтра 4 сравнивается с частотой и фазой ге нератора 10 низкой частоты. На выходе фазового детектора 7 образует периодически изменяющееся напряжение, частота которого определяется разностью, частот генератора и вход ного сигнала. Пройдя через фильтр 8 низких частот и через контакты 16, это напряжение воздействует на ключевой элемент 9, а он изменяет частоту синхронизируемого генерато ра 10. В результате форма выходног сигнала фазового детектора 7 искажается и появляется постоянная составляющая, воздействующая на ключевой элемент 9, которая уменьшает среднюю разность частот входного сигнала и синхронизируемого генератора 10, что, в свою очередь, вызывает еще большее искажение сигнала фазового детектора 7.и дальнейшее уменьшение расстройки генератора 10 относительно входного сигнала, т.е в конечном счете наступает стациона ный режим синхронизации частоты ген ратора 10. Сигнал с выхода генератора 10, усиленный усилителем 11 мощности, поступает на преобразователь 2 электрических колебаний в акустические. При наличии закола в исследуемом участке кровли в схеме возникают незатухающие колебания в связи с тем, что рассеивание акустической энергии в окружающий массив из-з отслоений незначительно, и наоборр-, при хорошей связи контролируемого участка кровли с массивом акустическая энергия рассеется и генерация колебаний не возникнет. Введение оптикоакуетической обратной связи при исследовании участка кровли или стенок горной выработки позволяет определять бесконтактно контуры заколов, что повынает безопасность исследовании. Пример. Производят оценку состояния кровли в горных выработках на шахте на горизонте 625 м.Для возбуиодения колебаний в кровле используют электродинамическую акустическую головку с направляющим рупором, питающуюся от- генератора качающей звуковой частоты в интервале частот 40-800 Гц. Одновременно освещают поверхность выработки лучом лазера типа ЛГ-72-1 со следующими характеристиками: длина волны 0,б3 мкм, мощность.излучения 1,5 мВт. Отраженный от поверхности луч модулируется на резонансных частотах отслоения и принимается детектором, выполненным на фотодиоде ФД-3 с но-: . жевой диафрагмой (нож Фуко) ; Преобразованный и усиленный сигнал управ-. ляет работой звукового генератора, устанавливая частоту и фазу колеба- НИИ, равную частоте и фазе резонанса отслоения. По частоте установившихся колебаний определяют характер . отслоения: чем ниже частота, тем опаснее отслоение. fffncffoifvtfe

//

Фог.г

rs

fff

offof.