Устройство селекции акустических сигналов в массиве горных пород Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

(ptfff. i

Изобретение относится к горной промьЕплеиности, а именно к технике контроля напряженного состояния массива горных пород, с нрименением авто- i номных устройств контроля напряженного состояния но акустическим сигналам

Цель изобретения - увеличение чувствительности регистрации слабых упругих колебаиийр

На фиг о 1 представлена структурная схема устройства; на фиг« 2 - времен,ные диаграммы его работы для случая расположения источника сигнала в одной из пространственных зон контроля; на фиг« 3 - временные диаграммы для распололсения источника сигнала в другой пространственной зоне контроля

Устройство селекции акустических сигналов в массиве горных пород содержит датчик 1 упругих колебаний (датчик запуска временной зоны проверки положения источника) и датчик 2 (датчик сигнала проверки положения источника сигнала)5 которые через последовательно соединенные усилители 3 и пороговые блоки 4 соответственно, подключены через первьй элемент И 5 к входу формирователя 6 временной зоны проверки положения источника сигнала и к входу второго элемента И 7. Прямой выход формирователя 6 временной зоны проверки положения источника сигнала через первый элемент ИЛИ 8 подключен к входу формирователя 9 цикла селекции, состоящего из пикового детектора 10 и порогового блока П. К входу формирователя 9 цикла селекции через первый элемент ИЛИ 8 подключен также выход,одного из пороговых блоков 4, Прямой выход формирователя 6 временной зоны проверки положения источника сигнала через второй элемент И 7 и второй элемент ИЛИ 12 подключен к входу установки первого триггера 13, Вход сброса первого триггера 13 подключен к другом ; входу элемента ИЛИ 12 и к выходу формирователя 9 цикла селекции. Второй вход второго элемента И 7 соединен с одним из пороговых блоков 4, а третий вход подключен к инверсному выходу триггера 13. Инверсный выход формирователя 6 временной зоны прове ки положения источника сигнала через третий элемент И 14 и третий элемент ИЛЕ 15 подктпочен к входу установки второго триггера 16, Инверсный выход

первого триггера 13 соединен с другим входом элемента И 14 и с входом элемента И 5. Вход сброса второго триггера 16 соединен с входом элемен

та ИЛИ 15 и с выходом формирователя 9 цикла селекции. Инверсный выход второго триггера 16 соединен с входами элемента И 5 и элемента И 14. Прямые выходы триггеров 3 и 16 соединены с коммутатором 17, выходы которого соединены с первым и вторым блоком 18 и 19.измерения параметров сигналов 20-41.

Устройство работает следующим образом.

При нахождении источника сигнала (не показан) со стороны датчика 2 на- чало сигнала 20 (момент t) с датчика 1 упругих колебаний независимо от

момента t начала сигнала 21. с дaтчJИ - ка 2 упругих колебаний совпадает по времени с началом сигнала 22 запуска

формирователя 6 временной зоны 23

проверки положения источника сигнала и с началом сигнала 24 на выходе формирователя 9 цикла селекции. Сигнал 25 на выходе элемента И 7 совпадает

с началом t сигнала 21,. При этом на входе установки триггера 13 в этот же момент времени находится сигнал 26. Диаграмма 27 показывает изменение сигнала на выходе триггера 13, диаграмма 28 - на выходе элемента И 14. При этом изменения сигнала 29 на входе установки триггера 16 и сигнала 30 на его вьгходе отсутствуют. При нахождении источника сигнала в другой

пространственной области, находящейся со стороны датчика Ij момент tv сигнала 31 с датчика 1 находится значительно раньше момента t начала сигнала 32„ Сигнал 33 на выходе элемента И 5 начало временной зоны 34 проверки положения источника сигнала и начало сигнала 35 на выходе формирователя 9 цикла селекции совпадают с моментом tj начала сигнала 31. В

данном случае сигналы 36-38 на выходе элемента И 7, выходе установки триггера 13 и вьгходе триггера 13 неизменны. Сигнал 39 на выходе элёмен-, та И 14 зак анчивается в момент окончания временной зоны 34 проверки, В это время на входе установки триггера 16 присутствует сигнал 40. Сигнал 41 на выходе триггера 16 в этом случае меняет свое состояние.

151

При нахожден1ш источника.сигнала со стороны датчика 2 упругих колебаний проходящий сигнал усиливается усилителем 3, а в пороговом блоке 4 формируется сигнал заданной амплитуды, который затем поступает на второй вход элемента И 5. На остальных входах этого элемента присутствуют в исходном состоянии логические едини- цы, поэтому сигнал проходит на его выход и запускает формирователь 6 временной зоны проверки положения источника сигнала. Так как с выхода формирователя 6 подается на вход элемента ИЗ, на его выходе присутствует короткий импульс 22. В более поздние моменты времени запускающие сигналы через элемент И 5 не прохо- дят до окончания цикла селекции, так как хотя бы на одном из его входов присутствует сигнал логического Нуля с выхода формирователя 9, триггера 13 или триггера 16. Одновременно с запуском подается сигнал на вход элемен та ИЛИ 8, который совместно с сигналом, снимаемым с порогового блока 4, увеличивает напряжение на выходе пикового детектора 10, обеспечивая изменение сигнала 24 на выходе фор

35

мирователя 9 цикла селекции. Таким образом обеспечивается возможность установки триггеров 13 и 16. В рассматриваемом случае сигнал 21 с датчика 2 начинается во времени или раньше сигнала 20, или позже, но не более чем на величину временной зоны 23 проверки положения источника сигнала. Поэтому начало сигнала 21 в.момент t вызывает появление сигнала 26 на дф входе установки триггера 13. Сигнал этот достаточно короткий, так как. при установке триггера 13 появление логического нуля на его выходе приводит к появлению логического нуля и дд на соответствующем входе элемента И , 7, что вызывает появление логического нуля на входе установки триггера 13, Подачей соответствующего сигнала на коммутатор 17 измерительная информа- 50 ция направляется в первый блок 18 измерения параметров сигналов, регистрирующий сигналы, находящиеся со стороны датчика 2 упругих колебаний вплоть до границы, имекнцей форму од-: « ной ветви гиперболоида вращения, на- правленной в сторону датчика 1, При становке 1 ;иггера 13 на соответству- клцём входе элемента И 14, соединен-

, 50 5

0

5

ф д , 0

16 6

ном с вькодом триггера 13, появляется логический ноль. До этого логический ноль имеется на другом входе, соединенном с выходом формирователя 9. Поэтому в этом случае триггер 16 остается в сброшенном состоянии в течение всего цикла селекции. В том слу чае, когда источник сигнала находится со стороны датчика 1, сигнал 32 на датчике 2 появляется после окончания временной зоны 34 проверки положения источника сигнала и не вызывает установки триггера 13, так как в момент его появления на входе элемента И 7, соединенном с выходом формирователя 6, присутствует логический ноль. Так как на входе элемента И 14, соединенном с выходом триггера 13, присутствует логическая единица, то при окончании сигнала 34 на выходе формирователя 6 на входе элемента И 14 появляются логичес сие единицы и этим сигналом устанавливается триггер 1.6, При этом сигналом с его выхода коммутатором 17 в измерение включается второй блок 19 измерения параметров сигналов. Структура коммутатора 17 может быть различной в зависимости от того, какие параметры акустических сигналов измеряются. Если измеряются длительность сигналов и активность акустической эмиссии, то входы блоков, 18 и 19 измерения параметров сигналов соединяются соответственно с выходами триггеров 13 и 16. Если измеряются другие параметры, например, ни- ; тенсивность акустической эмиссии или средняя частота сигналов (частота максимума спектральной плотности), то в коммутаторе 17 сигналами с выходов триггеров 13 и 16 замыкаются соответствующие ключи, соединяющие выход одного из усилителей 3с входом соответствующего из блоков 18 и 19 измерения параметров сигналов.

Устройство может быть реализовано как с двумя каналами усиления, так и с одним. В последнем случае вход элемента И .7 соединяется с выходом другого порогового блока 4, в данном случае соединенного с датчиком 1, а датники 1 и 2 соединяются с входом усилителя 3 через дополнительный коммутатор (не показан), вход управления которого подключают к выходу формирователя 6. Такой вариант позволяет сократить пoтpeбляe a Iй ток (за счет исключения одного из

усилителей, работающих в непрерыв- HipM режиме) , что увеличивает время боты от одного комплекта питания,

в этом случае схема обладает ньшим динамическим диапазоном.

Устройство позволяет осуществлят лекцию даже слабых сигналов, застивших формирователь временной ны проверки положения источника гнала, но ле дошедших до датчика гнала проверки.

MI

С

Ф

ормула .изобретения

Устройство селекции акустических гналов в массиве горных пород, со- :ржащее последовательно соединеЯные тчики упругих колебаний, усилители - 20 пороговые блоки, формирователь цик- селекции, включающий последователь- соединенные пиковый детектор и по- говый блок, формирователь временной ны проверки положения источника гнайа, первьй элемент И, коммутатор, рвьй вход которого соединен с выхо- м первого усилителя, первый и вто- й блоки измерен11я параметров сигна- в, отлиЧ ающееся тем, 30 о, с целью увеличения чувствитель- сти регистрации слабых упругих ко- баний, оно снабжено вторым и тре- им элементами И,первым, вторым и етьим элементами ИЛИ, первым и вто- 35 IM триггерами, причем выход первого фогового элемента соединен с первым :одом первого элемента ИЛИ и вторым :одом первого элемента И, первый, етий и четвертый входы которого ответственно подключены к инверt5

25 40

0 30 35

сному выходу формирователя временной зоны проверки положения источника сигнала и второму входу третьего элемента И, инверсному выходу второго триггера и третьему входу третьего элемента И, первому входу третьего элемента И и третьему входу второго элемента И, выход первого элемента

0 И соединен с входом формирователя временной зоны проверки положения источника сигнала, прямой выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соеди5 нен с выходом второго порогового блока, выход подключен к второму входу второго элемег та ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом первого триггера, инверсный выход которого подключен к третьему входу второго элемента И, прямой выход соединен с вторым входом коммутатора, вход сброса подключен к выходу формирователя цикла селекции, первому входу вто5 рого элемента ИЛИ, входу сброса второго триггера и первому входу- третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом, третьего элемента И, выход подключен к установочному входу второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом коммутатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму блокам измерения параметров сигналов, при этом второй вход первого элемента ИЛИ соединен с прямым выходом формирователя временной зоны проверки по- ложения источника сигнала, выход под- 40 ключен к входу формирователя цикла селекции.

Фие.З

Изобретение относится к контролю состояния массива горных пород. Цель - увеличение чувствительности регистрации слабых упругих колебаний. Устройство содержит датчики запуска 1 временной зоны проверки положения источника и проверки 2 положения источника, усилители 3, пороговые блоки 4, элементы 5, 7, 14 И, элементы 8, 12, 15 ИЛИ, формирователь (Ф) 6 временной зоны и Ф 9 цикла селекции. Последний включает пиковый детектор 10 и пороговый блок 11. Устройство имеет два триггера 13, 16, коммутатор 17, блоки 18, 19 измерения параметров сигналов (С). При нахождении источника С со стороны датчика 2 приходящий С через усилитель 3, блок 4, элемент 5 И запускает Ф 6. Одновременно С через элемент 8 ИЛИ запускает Ф 9. Последний разрешает установку триггеров 13 16. Приходящий С попадает в промежуток времени, устанавливаемый Ф 6, проходит элемент 7 И и устанавливает триггер 13. Последний устанавливает коммутатор 17 для прохождения С от датчика 1 на блок 18. При нахождении источника С со стороны датчика 1 на выходе датчика 2 информация появится после окончания временной зоны, устанавливаемой Ф 6. Триггер 16 устанавливается в единицу. Коммутатор 17 переключает С датчика 1 на регистрацию в блоке 19. Устройство осуществляет селекцию слабых С, запустивших Ф 6, но не дошедших до датчика 2. Применение устройства позволяет увеличить время упреждения прогноза и надежность контроля. 3 ил.

Редактор А.Огар

Составитель А.Рыбаков Техред Л. Сердюкова

Корректор Л.Бескид