Устройство для виброакустического контроля состояния породного массива Советский патент 1985 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к горной геофизике и может быть применено для выявления расслоений и пустот в приконтурной зоне породного массива. Одним из важных критериев возможности использования приборов акустического, в частности виброакустического, контроля является их помехоустойчивость по отношению к помехам регулярного характера, неизбежно возникающим при работе горных машин. Задача повышения помехоустойчивости средств, используемых для контроля в эксплуатируемых горных выработках, является весьма актуальной. Известно устройство для определения сопряжения уголь-сланец, содержащее ударное устройство, акселерометр, 2 рефлактометра, схему для измерения длительности импульса 1. Недостатком устройства является нестабильность показаний прибора, вызванная необходимостью выбора широкой полосы пропускания для воспроизведения формьг импульса, при этом на вход прибора попадают без ослабления акустические помехи. Наиболее близким к изобретению по технической суш.ности и достигаемому результату является устройство для дефектоскопии пустот, содержащее возбудитель вибрации, последовательно соединенные регистратор вибрации, согласующий усилитель, блок избирательных фильтров, блок интеграторов, блок компараторов, а также блок индикации и блок синхронизации 2. Недостатком известного устройства является невысокая помехоустойчивость по отношению к помехам регулярного характера, вызванная низкой спектральной плотностью сигнала в полосах пропускания фильтров. Цель изобретения - повышение устойчивости по отношению к помехам регулярного характера. Указанная цель достигается тем, что устройство для виброакустического контроля состояния породного массива, содержащее возбудитель вибрации, последовательно соединенные регистратор, вибрации, согласующий усилитель, блок избирательных фильтров, блок интеграторов, а также блок индикации, снабжено генератором .импульсов фиксированной частоты и стабильной формы, соединенным с возбудителем вибрации, аналоговым сумматором, входы которого соединены с выходами всех интеграторов, кроме первого, блоком измерения отнощений уровней сигналов, входы которого соединены с выходами аналогового сумматора и первого интегратора блока интеграторов, а выходы - с блоком индикации, причем возбудитель вибрации и регистратор вибрации расположены на фиксированном расстоянии один от другого, первый фильтр блока избирательных фильтров настроен на фиксированную частоту, а остальные фильтры этого блока - на частоты, кратные фиксированной частоте. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов фиксированной частоты и стабильной формы, имеющим выход на возбудитель 2 вибрации, последовательно соединенные регистратор 3 вибрации и согласующий усилитель 4, к выходу которого параллельно подключены первый фильтр 5 блока избирательных фильтров со средней частотой полосы пропускания, равной частоте генератора и блок 6 фильтров, имеющий в своем составе остальные избирательные фильтры, настроенные на частоты, кратные частоте генератора, первый интегратор 7 и блок 8 остальных интеграторов, соединенные с выходами фильтров 5 и 6 соответственно, аналоговый сумматор 9,объединяющий по входу выходы интеграторов блока 8, блок 10 измерения отношения уровней сигналов, входы которого соединены с выходами первого интегратора 7 и аналогового сумматора 9, блок 11 индикации, включенный последовательно с блоком 10. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает импульсы, стабильные по форме и частоте. Возбудитель 2 вибрации, жестко скрепленный с кровлей с помощью, например, цементирующего состава, преобразует эти импульсы в акустические и возбуждает колебания в кровле. Постоянство характеристик генератора 1 и возбудителя 2 вибрации, а также стабильность акустического контакта возбудителя 2 с массивом обеспечивает стабильность спектрального состава сигнала в точке возбуждения кровли. Для указанного сигнала монолитный ненарушенный массив представляет собой фильтр нижних частот, причем крутизна наклона амплитудно-частотной характеристики при фиксированной базе между возбудителем 2 и регистратором 2 вибрации определяется свойствами среды. При наличии расслоений массив явлйется низкодобротным резонатором. При этом изменяется соотношение между уровнями первой и высших гармоник сигнала. Регистратор 3 вибрации преобразует прошедшие от возбудителя 2 по участку контролируемой кровли акустические сигналы в электрический аналог. С целью внесения минимальных искажений регистратор 3 выполнен широкополосным и крепится к массиву, например, с помощью цементирующего раствора. Пройдя через согласующий усилитель 4 сигнал попадает на входы фильтров: первого 5, настроенного на частоту генератора 1, и блока 6 фильтров, фильтры которого настроены на частоты, кратные частоте генератора 1. Благодаря требованию высокой стабильности импульсов, фильтры можно выполнить достаточно узкополосными, что способствует уменьшению влияния помех как случайных, так и регулярных. Выделенные в каждой из полос сигналы детектируются и усредняются за некоторый ин тервал времени интеграторами первым 7 и блока 8. Сигналы на выходе отдельных интеграторов блока 8, представленные в виде уровней постоянного напряжения, суммируются аналоговым сумматором 9. Сигнал с выхода аналогового сумматора 9, характеризующий уровень высших гармоник в зарегистрированном сигнале, сравнивается с уровнем напряжения на выходе первого интегратора 7, характеризующего уровень первой гармоники в блоке 10, Результат, фиксирующий отношение уровней напряжения на входах блока 10 представляется оператору с помощью блока 11 индикации. Частоту возбуждения генератора 1 выбирают экспериментальным путем того же порядка, что и частота собственных колебаний кровли (несколько сот Герц). Порядковые номера и количество пропускаемых фильтрами высших гармоник также определяются по результатам эксперимента. Пример. За основу действующего макета прибора послужил комплекс Р-571, содержащий генератор Ф-578 и селективный усилитель Ф-550. В качестве возбудителя вибрации служил специально переработанный геофон СМВ-30, в качестве регистратора вибрации использован пьезопреобразователь И-III-2, 5КН-12. В качестве макета отслоившейся плиты использованы .бетонные плиты толщиной 5-10 см, крепление возбудителя и регистратора вибраций осуществлялось алебастровым раствором со временем затвердевания, не превышающим 1 мин. Рабочие частоты выбраны равными 100, 200 и 500 Гц. База измерений составляла 0,50 и 0,75 м. Исследовались первые 10 гармоник сигнала. По данным измерений сделана оценка параметров прибора для контроля расслоений на максимальной глубине 0,5-1,0 м. Акустическая мощность возбудителя виб , раций должна составлять 10 Вт, частота генератора примерно в диапазоне 100- 500 Гц, полоса пропускания фильтров около 1% от средней частоты. В качестве высших можно брать гармоники с порядковыми номерами выше третьего, Техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является более высокая помехоустойчивость в обстановке, где присутствуют акустические помехи как случайные, так и регулярные, например, от работающих механизмов. При этом в известном и предлагаемом устройствах случайные помехи подавляются одинаково - путем применения интеграторов, а регулярные помехи значительно лучше подавляются в данно.м устройстве из-за того, что фильтры в этом случае можно выбрать со значительно меньшей полосой пропускания при одинаковом уровне энергии на выходе. Применение данного устройства служит повышению безопасности горных работ путем получения более достоверной информации о состоянии кровли.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА, содержащее возбудитель вибрации, последовательно соединенные регистратор вибрации, согласующий усилитель, блок избирательных фильтров, блок интеграторов, а также блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости его к помехам регулярного характера, оно снабжено генератором импульсов фиксированной частоты и стабильной формы, соединенным с возбудителем вибрации, аналоговым сумматором, входы которого соединены с выходами всех интеграторов, кроме первого, блоком измерения отношений уровней сигналов, входы которого соединены с выходами аналогового сумматора и первого интегратора блока интеграторов, а выход - с блоком индикации, причем возбудитель вибрации и регистратор вибрации расположены на фиксированном расстоянии один от другого, первый фильтр S блока избирательных фильтров настроен на фиксированную частоту, а остальные фильтры этого блока на частоты,кратные фиксированной частоте. ОО 00 сд Од 00