Устройство для регистрации электромагнитного излучения при трещинообразовании Советский патент 1992 года по МПК G01V3/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния.

Известен датчик для электроразведочной аппаратуры, включающий соленоид с сердечником и дополнительный электропроводный стержень, размещенный в центральной части замкнутого магнитопровода. Этот датчик имеет следующие недостатки. В данной конструкции чувствительность датчика повышается за счет концентрации электромагнитного поля между соленоидом и стержнем. Такая конструкция датчика, во- первых, не позволяет проводить регистрацию сигнала вне пространства соленоида, а

во-вторых, не регистрирует электромагнитные сигналы малых амплитуд с уровнями, характерными для сигналов, поступающих из массива горных пород. Кроме того, датчик не позволяет производить локацию места возникновения трещин и направление их распространения.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород. Устройство включает ферритовый сердечник с намотанной на нем обмоткой, на которой установлен металлический экран.

Недостатки последнего устройства следующие. ЭМИ-сигналы, возникающие

VJ VI

W

о

OJ

при трещинообразовании горных пород распространяются в направлении движения магистральной трещины. В то же время диаграмма направленности антенны имеет два вытянутых лепестка, что позволяет достичь высокой точности при локации места и направленности распространения трещин в массиве горных пород. Другим недостатком является наличие двух взаимно перпендикулярных стержней, Такую конструкцию неудобно использовать особенно в шахтных условиях.

Целью изобретения является повышение направленности приема.

Указанная цель достигается тем, что устройство для регистрации электромагнитного (ЭМИ) излучения, возникающего при трещинообразовании включает феррито- оый тороидальный сердечник, на котором размещена равномерно намотанная обмотка. На обмотке установлен металлический экран, закрывающий последнюю на угол 285-295°, при этом на оставшейся открытой части обмотка охвачена металлическим упором, ось которого направлена радиально по отношению сердечника, а боковые стенки также расположены по радиусам тора и образуют угол в пределах 65..,75°.

Физическими предпосылками при реализации изобретения являются следующие.

Наличие металлического экрана на обмотке тороидального сердечника позволяет прижать поток магнитных силовых линий, сосредоточив их в пространство между сигнальной обмоткой и экраном. За пределами экрана происходит вытеснение потока магнитных силовых линий в окружающее пространство и формирование диаграммы направленности антенны в виде узких лепестков. Этот эффект значительно повышает чувствительность приемного устройства, что позволяет регистрировать сигналы слабых электромагнитных полей, возникающих от прорастающих трещин. Установка на открытую часть обмотки козырька в виде рупора позволяет снизить интенсивность внутренних (задних) лепестков антенны. Этот эффект позволяет при сохранении высокой чувствительности приемной аппаратуры производить локацию места возникновения и направленности распространения трещин.

На чертеже изображено устройство для регистрации электромагнитного излучения при трещинообразовании, общий вид, с соответствующей диаграммой направленности (пунктирные линии).

Устройство для регистрации электромагнитного излучения при трещинообразовании состоит из ферритового тороидального сердечника 1 с намотанной на него обмоткой 2 и металлического экрана 3, закрывающего обмотку 2 частично на угол 285-295°. Оставшаяся открытая часть обмотки 2 охвачена металлическим рупором 4, ось которого направлена радиально по отношению к сердечнику 1, а боковые стенки 5 образуют угол в пределах 65-75°.

Работа устройства иллюстрируется на примере контроля трещинообразования в

массиве горных пород при введении подземных горных работ. В массиве происходят динамические явления, связанные с высокими механическими напряжениями, сопровождающиеся интенсивным разрушением горной породы, что, в свою очередь, является источником электромагнитного излучения. В связи с этим важным для практики горного дела является вопрос о месте возникновения и преимущественном направлении распространения возникающих в массиве трещин, которые, вообще говоря, могут распространяться в различных направлениях от источника, причем амплитуды таких сигналов достаточно малы,

порядка 10 мкв. Для локации таких малых сигналов необходимо обеспечить высокую чувствительность, а также максимально снизить интенсивность приема ЭМИ-сигна- лов задними (или внутренними) лепестками

диаграммы направленности антенны,

Установка металлического экрана 3 на обмотке 2, закрывающем ее на фиг. 285- 295°, позволяет получить максимальную чувствительность на приеме, что обеспечивает локацию сигналов малых амплитуд. Снижение чувствительности путем увеличения малых или уменьшения угла закрытия обмотки не позволяет лоцировать сигналы малых амплитуд. Рабочий интервал на графике должен выбираться таким образом, чтобы обеспечить необходимую чувствительность. Для этого за границы рабочего интервала графика с практически прямолинейными ветвями удобно брать точки перехода прямых участков ветвей графика в криволинейные. Точке А соответствует угол 285°, а точке В - угол 295°, максимальная амплитуда сигнала достигается при 290°; снижение величины чувствительности устройства в пределах 285-295° не превышает 3%.

На угрожаемом по динамическим проявлениям участке массива вдоль выработок производят профилирование участка, например, через 15 м. При этом измерительное устройство располагает раструбки наружу, каждый раз производя измерение уровня сигнала на регистрирующем приборе (на чертеже не показан) у правого и левого борта выработки, отмечая каждый раз уровень сигнала.

При наибольшем уровне сигнала, например, у правого борта, производят локацию очага возникновения трещин, перемещая прибор справа налево и сверху вниз и добиваясь максимума сигнала на регистрирующем приборе.

Преимуществом заявляемого устройства по сравнению с известным является повышение точности локации ЭМИ-сигналов.

0

Формула изобретения Устройство для регистрации электро- магнитного излучения при трещинооб- разовании, содержащее ферритовый сердечник с обмоткой, намотанной равномерно и помещенной в металлический экран, отличающееся тем, что, с целью повышения направленности приема, ферритовый сердечник имеет форму тора, а экран охватывает обмотку частично, причем открытая часть обмотки охвачена металлическим рупором, ось которого направлена радиально по отношению к сердечнику, а боковые стенки также расположены по радиусам тора и образуют угол в пределах 65...75°.

Использование: в области горного дела для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении его напряженно-деформированного состояния, т.е. для обеспечения безопасных условий труда горнорабочих путем регистрации сигналов электромагнитного излучения, поступающих из массива на антенну. Устройство включает ферритовый сердечник с равномерно размещенной на нем обмоткой и установленным на нем металлическим экраном. Ферритовый сердечник, выполнен в виде тора, полностью заполненного обмоткой с расположенным и закрывающим ее на угол 285-295° экраном. При этом на оставшейся открытой части обмотки дополнительно установлен козырек в виде рупора раструбом наружу. Боковые стенки рупора образуют угол не более 65-75°. 1 ил.