Устройство для контроля состояния заколов Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Фиг. 2

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на контуре выработки и определения жесткости связи их с массивом

Цель изобретения - повышение информативности контроля состояния заколов на выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом

На фиг 1 представлено конструктивное выполнение чстройства, на фиг 2 - электрическая блок-схема устройства, на фиг 3 - временные диаграммы работы чстроисгва

Основой конструкции является стержень 1 На одном его конце закреплен возбудитель 2 колебаний, представляющий собой, в простейшем случае, металлическую болванку со сферической контактной поверхностью На возбудителе жестко закреплен пьеюэлемент 3 Микрофон 4 через акустический изолятор 5 закреплен на другом конце стержня На этом же конце находится корпус 6, в котором расположена электронная схема

Пьеюэлемент 3 соединен с входом первою силителя 7 Выход усилителя 7 соединен с входами порогового каскада 8, выполненного, например, в виде триггера Шмидта и пикового детектора 9 После- довате 1ьно с выходом порогового каскада 8 соединены блок 10 задержки импульса выполненный, например, в виде ждущего одновибратора и формирователь 11 импчльса также выполненный в виде жду шею одновибратора Последовательнро с выходом микрофона 4 соединены второй усилитель 12, коэффициент усиления которого зависит от уровня постоянного напряжения на управляющем входе, ключ 13. который соединен управляющим входом с выходом формирователя 11 импульса, полосовой фильтр 14, имеющий полосу пропускания, нижняя граница которой выше основной частоты изгибных колебаний стержня, а верхняя граница - не ниже, чем верхняя граница воспринимаемых микрофоном частот, блок 15 емкостной памяти, имеющий в своем составе одну интегрирующую ячейку с постоянной интегрирования, намного превышающей продолжительность колебаний закола, аналогово-цифровой преобразователь 16, цифровой индикатор 17 Управляющий вход второго усилителя 13 соединен с выходом пикового детектора 9 Вход установки (сброса) блока 15 емкостной памяти соединен с входом 8 порогового каскада Входы установки нуля (сброса) пикового детектора 9 и аналогово- цифрового преобразователя 16 соединены с выходом формирователя 11 Блок 18 питания обеспечивает подачу необходимых питающих напряжений на все остальные блоки

Устройство работает следующим образом Держа стержень 1 руками со стороны микрофона оператор наносит возбудителем

удар по заколу (имеющемуся или предполагаемому) С помощью пьезоэлемента 3 осуществляется измерение силы удара и синхронизация электронной схемы Прошедшая

по воздуху волна от поверхности закола проходит к микрофону 4, акустически изолированному от стержня изолятором 5 Часть электронной схемы, расположенной в корпусе 6, производит обработку поступившего от микрофона сигнала и осуществляет индикацию результата в цифровой форме

Работа электронной схемы в подробностях иллюстрируется временными диаграммами согласно фиг 3 и происходит следующим образом

При контакте поверхности возбудителя колебаний с поверхностью закола в обоих соприкасающихся телах возникают колебания. Чем слабее связан закол с массивом, тем больше «добротность его как колебательной системы и, следовательно, амплитуда и длительность колебательного процесса Возникшие в возбудителе колебания преобразуются пьезоэлементом (акселерометром) в электрический аналог с пропорциональностью напряжения сигнала силе удара (фиг За) Усиленный усилителем 7 сигнал с пьезоэлемента попадает на вход порогового каскада 8, на выходе которого формируется прямоугольный импульс (фиг 36) В пиковом детекторе 9 запоминается максимальная амплитуда сигнала с пьезоэлемента По переднему фронту импульса на выходе порогового каскада запускается ждущий одновибратор блока 10 задержки (фиг Зв) Длительность импульса в блоке задержки определяется из выражения

(i;

где К 0,8-0,9,

I - расстояние между контактной поверхностью возбудителя и микрофоном,

V - скорость звука в воздухе По заднему фронту импульса блока 10 задержки запускается формирователь 11 импульса (фиг Зг) Длительность импульса выбирают наверняка большей, чем продолжительность колебательного процесса в заколе Последняя находится в пределах 0,5-50 мс

После нанесения удара волна упругой деформации распространяется по стержню и с некоторой задержкой, ослабленная акустическим изолятором 5, попадает в микрофон 4 (фиг 3d) Из-за частотной дисперсии в акустическом изоляторе в спектре электрического сигнала на зажимах микрофона преобладают низкочастотные составляющие Через некоторое время микрофона достигает волна, прошедшая от кровли по воздуху (фиг 3d) Сигнал с микрофона усиливается усилителем 12 За время между появлением сигнала в пьезоэлементе 3 и приходом к микрофону воздушной волны от колеблющейся кровли в усилителе 12 успевает пройги переходной процесс, в результате которого коэффициент усиления однозначно определяется уровнем напряжения на выходе пикового детектора Причем большему уровню напряжения соответству- ет меньшее усиление и наоборот Таким образом, существенно уменьшается влияние силы удара по параметрам исследуемого в дальнейшем пришедшего от закола сигнала

Пройдя через усилитель 12, сш- нал поступает на ключ 13 С помощью этого ключа осуществляется временная селекция сигнала, так как он отпирается формирователем II импульса, непосредственно перед приходом к микрофону воздуш ной волны от колеблющегося закола С целью подавления низкочастотных составляющих сигнала, вызванных неуспевшими затухать колебаниями стержня, используется полосовой фильтр 14, ориентировочная полоса пропускания которого 200-20000 Гц

Подачей импульса с выхода порогового каскада 8 на вход установки нуля блока 15 емкостной памяти в последнем перед поступлением сигнала через открытый ключ 13 устанавливается «О на выходе При поступлении сигнала на вход блока 15 происходит его детектирование и последующее интегрирование Поскольку постоянная времени выбрана намного больше длительности сигнала, то напряжение на выходе блока 15 находится в прямой пропорциональной зависимости от амплитуды и длительности сигнала

По заднему фронту импульса формирователя 11 происходит установка нуля в пиковом детекторе 8 и происходит запуск

0

5

0

аналого-цифровою преобразонате m lb В те чение некоторого интервала времени (фиг 3f) происходит преобразование аналопжого сигнала на выходе блока 15 в цифровой код и подача его на цифровой индикатор 17

Формула изобретения

Устройство для контроля состояния за- колов на контуре выработки, содержащее возбудитель колебаний, расположенный на возбудителе пьезоэлемент, последовательно соединенные с пьезоэлементом первый усили тель, пороговый каскад, блок задержки импульса и формирователь импульса, преобразователь ко ебаний в электрический cm нал, выполненный в виде микрофона. L которым последовательно соединены второй усилитель, управляемый формирователем импульса ключ, полосовой фильтр, блок емкостной памяти и блок питания, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности контроля состояния зако лов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массн вом, оно снабжено стержнем, на одном конце которого расположен возбудитель колебаний, а на другом - микрофон, пиковым детектором, соединенным с вы ходом первого усилителя, последовательно соединенными с выходом блока емкостной памяти аналогово-цифровым преобразователем и цифровым индикатором, причем второй усилитель выполнен с автомати ческой регулировкой усиления и соединен входом управления этой регулировки с вы ходом пикового детектора, вход установки нуля блока емкостной памяти соединен с выходом порогового каскада, а входы блока установки нуля пикового детектора и аналого-цифрового преобразователя соеди нены с выходом формирователя импчльса

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на выработки Цель - повышение эффективности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом. Для этою ч-снроиство снаожено стержнем, на од ном конце которою скреплен но зб ли гель колебаний, а на ф гоммикрофон 4 На возбудителе жеоко накреплен пьезо- элемеш (ПЭ) 3 Л икрофон 4 мере) последовательно сое инненные ии.ппедь 12. ключ 13. полосовой филыр Н, блок 15 ем кости памяти и НП 16 подключен к ииф ровомл индикатору 17. а ПЭ 3 ч, рез у си литель 7 соединен с входами пороговою каскада (ПК) 8 и пикового детектора (ПД) 9 Последовательно с выходом ПК 8 соединены блок 10 задержки импульса и формирователь 11 ИМПУЛЬСОВ Выход ПД ) подключен к правляк)1нем вхо п ciiime- ля 13 Bxoi стачовки блока 15 сое динен с входом ПК 8, а входы сы новки ПД 9 и АЦП 16 соединены с выходом формирователя 11 Держа стержень рчками со стороны микрофона 4, опера юр наносит виброво збуднтетем дар по закот ( ила .iapa измеряется ПЭ i Прошенная по возд волна ог п(;верхносги за ко ш проходит к микрофон 4 Электронной схемой производится обработка сигналов от микрофона 4 и ПЭ 3 и осуществляется индикация результата в цифровой форме 3 ил Ј (Л О5 ГчЭ J 05 CD С5

4 5

/ /

Фиг.1

и

п а

foe.J

И