Устройство для автоматического сейсмоакустического контроля состояния массива горных пород Советский патент 1989 года по МПК G01V1/00 

1

Изобретение относится к геофизике и предназначено для контроля устойчивости массива горных пород с использованием сейсмоакустических методов. . Цель изобретения - повышение надежности контроля состояния массива горных пород за счет повышения помехозащищенности .

Сущность устройства заключается в том, что при распространении акустических импульсов в массиве горных пород происходит монотонное увеличение длительности волновых пакетов

акустических импульсов, определенной по уровню от максимальной амплитуды, с ростом расстояния от источника за счет различия скоростей про- дольной и поперечной волн и рассеяния энергии акустической волны на не- однородностях, присущих каждому массиву, а также на том, что первичные импульсы, инициирующие волновой процесс, имеют меньшую длительность для акустической эмиссии по сравнению с первичными импульсами акустических помех о

Ј

00

сь со со

Располагая геофон в контролируемой области массива, определяя длительность принимаемых импульсов по уровню от максимальной амплитуды и регистрируя лишь те из них, длительность которых меньше величины, соответствующей расстоянию от геофона до границы контролируемой области, можно выделять импульсы акустической эйиссии на контролируемой области из общего акустического фона массива, включающего импульсы акустических помех и акустической эмиссии из других частей массива, тем самым повы- шая помехозащищенность, а следовательно, и надежность контроля состояния массива

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема дис- криминатора импульсов по длительности; на фиг.З - схема блока управления.

Устройство (фиг.1) содержит геофон 1, усилитель 2, двухполупериодны выпрямитель 3, пороговый формирователь 4, первый триггер 5, схему 6 совпадений, фильтр 7 нижних частот, пиковый детектор 8, делитель 9, компаратор 10, второй триггер 11, дискриминатор 12 импульсов по длительности, счетчик 13 числв импульсов, блок 14 управления и индикатор 15. Буквой R обозначены.входы сброса первого и второго триггеров и пикового детектора.

Геофон подключен к входу усилителя 2, выход которого подключен к входу двухполупериодного выпрямителя 3, к выходу которого подключены входы фильтра 7 нижних частот и порогового формирователя 4, выход порогового формирователя 4 подключен к входу первого триггера 5, выход которого подключен к входу схемы 6 совпаде ний, а выход фильтра 7 нижних частот подключен к входам компаратора 10 и пикового детектора 8, выход последнего подключен к входу делителя 9, выход которого соединен с входом ком паратора 10, выход которого подключён к входу второго триггера 11, выход которого подключен к второму входу схемы 6 совпадений, выход которой подключен к входу дискриминатора 12 импульсов по длительности, выход последнего подключен к входу блока 14 управления и к входу счетчика 13, выход которого подключен к входу инди

U

0

0

пульса,

5 0 5

5

0

катора 15, а выход блока 14 управления подключен к входам сброса пикового детектора 8, первого 5 и второго 11 триггеров.

Устройство работает следующим образом.

Акустические импульсы принимают установленным в контролируемый массив геофоном 1 и усиливают усилителем 2„ Затем с помощью части устройства, состоящей из двухполупериодного выпрямителя 3, порогового формирователя 4, первого триггера 5, фильтра 7 нижних частот, пикового детектора 8, делителя 9, компаратора 10, второго триггера 11 и схемы 6 совпадений,определяют длительность принятого импульса путем формирования прямоугольного импульса с длительностью, равной длительности этого импульса по уровню от его максимальной амплитуды.

Передний фронт прямоугольного имформируемый с помощью порогового формирователя 4, первого триггера 5 и схемы 6 совпадений, совпадает по времени с началом принятого акустического импульса, а задний фронт формируют с помощью фильтра 7 нижних частот, пикового детектора 8, делителя 9, компаратора 10, второго триггера 11 и схемы 6 совпадений в момент, когда огибающая импульса становится в определенное число раз (например, в пять раз) меньше своего мак симального знач ения.

Дискриминатор 12 импульсов по длительности пропускает лишь те прямоугольные импульсы, длительность которых меньше длительности импульсов от ближайшего к геофону источника акустических помех.

Количество импульсов регистрируют счетчиком 13 и индифицируют индикато - ром 15о Таким образом производится выделение импульсов акустической эмиссии помех, возникающих в результате работы различного горно-технологического оборудования, а также выделение акустической эмиссии от сферического объема массива, расположенного вокруг геофона, на акустической эмиссии всего массива.

Устройство работает следующим об-, ра,зом,

Акустический импульс, принятый ге- офоном 1, преобразуется в электрическ.ий сигнал, усиливается усилителем 2, поступает в двухполупериодный выпрямитель 3, который выпрямляет егос Выпрямленный сигнал подается на вход порогового формирователя 4, который при превышении амплитудой сигнала порогового уровня формирует прямоугольный импульс, переключающий первый триггер 5, предварительно установленный в состояние Логический 0. в состояние Логическая 1. Выход триггера 5 подключен к входу .схемы 6 совпадений. К второму входу схемы 6 совпадений подключен выход второго триггера 11, предварительно установленного в состояние Логическая 1. Таким-образом, в результате изменения состояния первого триггера 5 схема 6 совпадений формирует передний фронт прямоугольного импульса, подающегося на дискриминатор 12 импульсов по длительности.

Дискриминатор 12 длительности (фиг.2) состоит из ждущего мультивибратора 16 с регулируемой длительностью выходного импульса и схемы 17 сложения на элементе ИЛИ-НЕ и работает следующим образом.

Приходящий сформированный из волнового пакета импульс положительной полярности передним фронтом запускает ждущий мультивибратор J6, длитель816996

сигнала с фильтра 7 нижних частот всегда выше, чем уровень сигнала с делителя 9. При спаде амплитуды оги бающей наступает такой момент, когда уровень сигнала с фильтра 7 нижних частот становится меньше уменьшенной в определенное число раз максимальной амплитуды огибающей с делиЮ теля 9. В этот момент компаратор НО вырабатывает прямоугольный импульс, устанавливающий второй триггер 1 1 в состояние Логический О. В результате этого на выходе схемы 6 совпаде- i,

15 ний формируется задний фронт прямоугольного импульса. Прямоугольный импульс, формируемый схемой 6 совпадений, подается на вход дискриминатора прямоугольных импульсов по длитель20 ности.

Блок 14 управления (фиг.З) состоит из ждущего мультивибратора 18, дифференцирующей цепи 19 и ключа 20, причем вход ждущего мультивибратора подсоединен к выходу схемы совпадений, а выход подключен к входам ключа 20 и дифференцирующей цепи 19, выход последней подключен к R-входам сброса первого и второго триггеров,

30 а выход ключа 20 подключен к входу сброса пикового детектора 8. Схема работает следующим образом. Прямоугольные импульсы, пришедшие от схемы 6 совпадений (фиг.1), зад25

Изобретение относится к геофизике и предназначено для контроля устойчивости массива горных пород. Цель изобретения - повышение надежности контроля за счет повышения помехозащищенности. Принцип работы устройства основан на увеличении длительности, измеренной по уровню от максимальной амплитуды акустических импульсов при их распространении в массиве горных пород, за счет увеличения отношения амплитуды кода к амплитуде регулярной компоненты импульса с ростом расстояния от источника. Геофоном, установленным в контролируемом массиве, принимают акустические импульсы, усиливают усилителем, определяют длительность принятого импульса путем формирования прямоугольного импульса с длительностью, равной длительности этого импульса по уровню от его максимальной амплитуды, пропускают через дискриминатор, регистрируют и индифицируют индикатором. Таким образом, импульсы акустической эмиссии из окружающей геофон области выделяются из общего акустического фона массива. 3 ил.

ность которого может изменяться вруч- g ним фронтом запускают ждущий мульти- ную оператором, и поступает на первый вход схемы 17 сложения ИЛИ-НЕ. На второй вход схемы 17 сложения ИЛИ-НЕ приходит отрицательный импульс ждущего мультивибратора 16. При их сложении на выходе схемы 17 ИЛИ-НЕ возникает импульс положительной полярности только в том случае, если длительность входного импульса меньше длительности ждущего мультивибратора 16. Одновременно выпрямленный сигнал подается на вход фильтра 7 нижних частот, выделяющего огибающую волнового пакета. Пиковый детектор 8 запоминает максимальное значение амплитуды огибающей волнового пакета, а делитель 9 уменьшает это значение в определенное число (например, в шесть раз)„ Сигнал с делителя подается на первый вход компаратора 10, в то время как на второй вход компаратора подается сигнал с выхода фильтра 7 нижних частот. При нарастании амплитуда огибающей

вибратор 19, вырабатывающий отрицательный прямоугольный импульс,который открывает своим задним фронтом ключ 20, сбрасывающий в О напряже40 ние пикового детектора 8. Дифференцирующая цепочка 2 дифференцирует прямоугольный импульс и положительным импульсом, образовавшимся в результате дифференцирования заднего

45 Фронта импульса, устанавливает триггеры 5 и 11 в исходное состояние.

Дискриминатор 12 пропускает лишь те импульсы, длительность которых меньше определенного значения, зада50 ваемого заранее и соответствующего расстоянию до ближайшего источника акустических помех. Число импульсов, пропускаемых дискриминатором 12, подсчитывается счетчиком 13 и индифици55 руется индикатором 15. Блок 14 реагирует на задний фронт прямоугольного импульса, поступающего со схемы 6 совпадений, и формирует импульсы, сбрасывающие пиковый детектор 8, перним фронтом запускают ждущий мульти-

вибратор 19, вырабатывающий отрицательный прямоугольный импульс,который открывает своим задним фронтом ключ 20, сбрасывающий в О напряжение пикового детектора 8. Дифференцирующая цепочка 2 дифференцирует прямоугольный импульс и положительным импульсом, образовавшимся в результате дифференцирования заднего

Фронта импульса, устанавливает триггеры 5 и 11 в исходное состояние.

Дискриминатор 12 пропускает лишь те импульсы, длительность которых меньше определенного значения, задаваемого заранее и соответствующего расстоянию до ближайшего источника акустических помех. Число импульсов, пропускаемых дискриминатором 12, подсчитывается счетчиком 13 и индифицируется индикатором 15. Блок 14 реагирует на задний фронт прямоугольного импульса, поступающего со схемы 6 совпадений, и формирует импульсы, сбрасывающие пиковый детектор 8, первый триггер 5 и второй триггер 6 в состояние ожидания,

Формула изобретения

Устройство для автоматического сейсмоакустического контроля состояния массива горных пород, содержащее последовательно соединенные геофон, усилитель, индикатор, отличающееся тем, что, с целью- повышения надежности контроля за счет повышения помехозащищенности, оно снабжено двухполупериодным выпрямителем, пороговым формирователем, первым триггером, фильтром нижних частот, пиковым детектором, делителем, компаратором, вторым триггером, схемой совпадений, дискриминатором прямо - угольных импульсов по длительности, блоком управления и счетчиком, причем выход усилителя подключен к входу двухполупериодного выпрямителя, к выходу которого подключены входы

0

5

0

5

фильтра нижних частот и порогового формирователя, выход последнего подключен к входу первого триггера, вы-, ход которого подключен к первому входу схемы совпадений, а выход фильтра нижних частот подключен к второму входу компаратора и входу пикового детектора, выход пикового детектора подключен к входу делителя, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к входу второго триггера, выход которого подключен к второму входу схемы совпадений, выход которой подключен к входу дискриминатора прямоугольных импульсов по длительности, первый выход которого подключен к входу счетчика, выход которого подключен к входу индикатора, а второй .выход дискриминатора подключен к входу блока управления, выход которого подключен к входам сброса пикового детектора, первого и второго триггеров.

Фиг.

16

Фиг.2

19

PuO