Устройство для регистрации акустических предвестников землетрясений Советский патент 1992 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано при определении сроков наступления землетрясений.

Известно устройство для регистрации акустических предвестников землетрясений, содержащее сейсмометр с инертным грузом, преобразователь величины смещения в электрический сигнал, усилитель и регистратор.

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность, регистрируется только сам факт начала землетрясений, а накопление энергии в толще земли, являющееся предвестником землетрясений,не обнаруживается.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для регистрации акустических предвестников землетрясений}содержащее приемный блок, включающий последовательно соединенные преобразователь, усилитель и канал

обработки информации с фильтром и схемой сравнения, а также регистратор

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность, невозможность зафиксировать параметры акустической эмиссии, являющейся предвестником землетрясений, невозможность качественной и количественный обработки результатов проведенных измерении а также автоматизированного анализа полученных результатов.

Целью изобретения является повышение достоверности регистрации землетрясений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее приемный блок, включающий последовательно соединенные пьезопреобразователь, усилитель и канал обработки информации с фильтром и схемой сравнения, а также регистратор,дополнительно введены п-1 ппиемныи блок и п передающих блоков, а также генератор к которому последовательно подключены

00

коммутатор и ячейка индикации, соединенная с регистратором, в приемный блок дополнительно введены счетчик и два канала обработки информации, включенных параллельно первому, причем каждый канал дополнен триггером, эмиттерным повторителем и схемой ИЛИ, прямой выход каждого триггера соединен с первым входом соответствующего эмиттерного повторителя и одним из входом схемы ИЛИ других каналов, а выход схемы ИЛИ подключен к R входу соответствующего ему триггера, выход каждого эмиттерного повторителя подключен к входу счетчика, выход каждого фильтра соединен со вторым входом соответствующего ему эмиттерного повторителя, а передающий блок содержит последовательно соединенные генератор сигнала, эмиттерный повторитель, усилитель-формирователь зондирующего сигнала и излучающий преобразователь, а также временной блок, включенный между выходом генератора сигнала и вторым входом эмиттерного повторителя, при этом прямые выходы триггеров приемного блока подключены к соответствующим управляющим входам усилителя-формирователя зондирующего сигнала, между входом-выходом временного блока и вторыми входами схем сравнения приемного блоки включен блок питания, второй выход которого подключен ко входам схем ИЛИ, причем входы-выходы .счетчиков приемных блоков подключены к коммутатору.

На чертеже представлена структурная схема приемопередающего устройства.

Устройство для регистрации акустических предвестников землетрясений содержит передающий 1 блок и приемный 2 блок, блок 1 содержит генератор сигналов 3. эмиттерный повторитель А, усилится ь-фор- мировательб зондирующего сигнала и излучающий преобразователь 6, приемный блок 2 содержит приемный преобразователь 7, усилитель 8, счетчик 9 и три идентичные линейки анализа 10, 11, 12, каждая из них состоит из фильтра 13, 18, 23, схемы сравнения 14, 19, 24, триггера 16, 21, 26, эмиттерного повторителя 17, 22, 27 и схемы ИЛИ 15, 20, 25. в состав передающего блокя 1 входят также временной блок 28 и блок питания 29, все приемопередающие блоки подключены к блоку обработки, который содержит высокочастотный генератор, коммутатор, ячейку индикации и регистратор.

Устройство для регистрации акустических предвестников землетрясений работает следующим образом.

Ультразвуковые излучатель 6 и приемник 7 крепятся в толще земли. При наличии напряжений в толще земли, являющихся предвестником землетрясения, в ней появляется акустическая эмиссия, величина которой крайне мала и практически не фиксируется современной аппаратурой, поэтому основной задачей устройства является измерение параметров акустической

0 эмиссии и прогнозирование процессов(про- текающих в толще земли. По команде временного блока 28 блок питания 29 запитыва ет все каскады приемного блока 2, при этом генератор сигналов 3 передающе5 го блока 1 все время находится под напряжением. Акустический сигнал из толщи земли принимается приемным преобразователем 7, -в котором он преобразуется в электрический, далее он усиливается до за0 данной величины в усилителе 8 и поступает в три линейки анализа 10, 11, 12 на входы фильтров 13, 18, 23. Каждый фильтр имеет строго определенную полосу пропускания частот, низкочастотную, среднечастотную и

5 высокочастотную. Принятый сигнал проходит все фильтры и поступает на вход подключенных к их выходам схем сравнения 14, 19,24, а на их другой вход поступает сигнал от блока питания в виде напряжения опре

0 деленной величины. Основной задачей схемы сравнения всех линеек анализа является определение максимальной амплитуды сигнала на выходе одного из фильтров. Для этого на вторые входы всех схем сравнения

5 подается опорное напряжение и если амплитуда сигнала акустической на выходе фильтра превышает амплитуду опорного напряжения, то результирующий сигнал поступит на вход триггера, подключенного к

0 выходу данной схемы сравнения и на его прямом выходе появится сигнал логической 1, который поступает на соответствующий управляющий вход усилителя-формирователя 5 зондирующего сигнала, где устанав5 ливается (задается) требуемый коэффициент усиления. Кроме того, он поступает также на входы элементов ИЛ И двух других линеек анализа и далее на входы R триггеров этих линеек. При этом триггеры

0 устанавливаются в исходное состояние, т.е. на их прямых выходах подтверждается или появляется сигнал логического О. Эмит- терные повторители 17, 22, 27 всех линеек анализа в это время не работают, т.к. на них

5 и счетчик 9 напряжение от блока питания 29 не поступает. Через определенное время генератор сигналов 3 выдает сигнал во временной блок 28, а также на вход эмиттерного повторителя 4, на второй вход которого также подается сигнал с выхода временного

блока 28. Временной блок 28 срабатывает и выдает сигнал в блок питания 29. который в свою очередь запитывает все эмиттерные повторители 17, 22, 27 и счетчик 9, а также усилитель-формирователь зондирующего сигнала 5. Сформированный по длительности и частоте сигнал поступает на вход уси- лителя-формирователя зондирующего сигнала 5, у которого уже на предыдущем этапе задан коэффициент усиления, где усиливается до заданной величины и поступает в излучающий преобразователь 6, в котором сигнал преобразуется в акустический и излучается в сторону приемного преобразователя (фиг. За). В результате взаимодействия сигналов акустической эмиссии (фиг. Зв) и излученного зондирующего сигнала последний искажается (фиг. Зс) и поступает на чувствительную площадку приемного преобразователя 7, где преобразуется в электрический сигнал. С выхода приемного преобразователя сигнал поступает в усилитель 8. где усиливается и с его выхода поступает на входы всех фильтров 13, 18, 23 линеек анализа 10,11,12, где выделяется из шумов в заданной полосе частот и поступает на входы подключенных к их выходам эмиттерных повторителей 17, 22, 27. Пусть на начальном этапе максимальный сигнал акустической эмиссии был выделен на выхо- дефильтра 13 первой ячейки анализа 10,т.е. сработал триггер 16 и запретил через схемы ИЛИ 20, 25 прием сигнала в других ячейках анализа 11, 12. Поэтому сигнал с выхода фильтра 13 первой ячейки 10 анализа поступает через эмиттерный повторитель 17 в счетчик 9. Следует отметить одну важную особенность - амплитуда акустического зондирующего сигнала не должна превышать амплитуду сигнала акустической эмиссии. Если амплитуды этих сигналов равны или амплитуда сигнала акустической эмиссии больше, то в искаженном в результате взаимодействия этих сигналов принятом сигнале счетчик 9 считает каждый выброс (пик) в сигнале за отдельный импульс и сумма импульсов принятого сигнала (частота) будет отличаться от суммы импульсов (частоты) излученного сигнала, что позволяет по их разности судить о величине напряжений в толще земли и по увеличению во времени разности частот определить величину усиливающихся напряжений в земле, а по изменению спектра частот определять время начала землетрясения. Таким образом, вся зафиксированная информация хранится в памяти счетчиков 9 приемопередающих блоков. Затем автоматически или оператор в определенное время проводят опрос информации со всех счетчиков 9. При этом на

вычитающий вход счетчика от генератора высокой частоты начинают поступать импульсы, которые проходят через коммутатор. Эти же импульсы поступают также 5 через коммутатор в ячейку индикации, где отображаются на индикаторах, и фиксируются в регистраторе. По окончании опроса всех счетчиков 9 выявляют приемопередающий блок, имеющий максимальную раз- 0 ностьчастот,и таким образом определяется предполагаемый эпицентр будущего землетрясения. Величина предполагаемого землетрясения определяется по скорости увеличения напряжений в толще земли в

5 единицу времени.

Использование предлагаемого устройства позволяет значительно повысить чувствительность существующих сейсмометров и повысить достоверность прогноза. Одно0 временно появляется возможность заранее выводить людей, домашних животных и технику из опасной зоны, а следовательно. уменьшить ущерб и количество финансовых затрат на ликвидацию последствий земле5 трясения.

Формула изобретения Устройство для регистрации акустических предвестников землетрясений, содержащее приемный блок, включающий

0 последовательно соединенные пьезопреоб- разователь, усилитель и канал обработки информации с фильтром и схемой сравнения, а также регистратор, отличающее- с я тем, что, с целью повышения достовер5 ности регистрации, в устройство дополнительно введены п-1 приемный блок и п передающих блоков, а также генератор, к которому последовательно подключены коммутатор и ячейка индикации, соединен0 ная с регистратором, в приемный блок дополнительно введены счетчик и два канала обработки информации, включенных параллельно первому, причем каждый канал дополнен триггером. эмиттерным

5 повторителем и схемой ИЛИ, прямой выход каждого триггера соединен с первым входом соответствующего эмиттерного повторителя и одним из входов схемы ИЛИ. других каналов, а выход схемы ИЛИ подклю0 чен к R-входу соответствующего ему триггера, выход каждого эмиттерного повторителя подключен к входу счетчика, выход каждого фильтра соединен с вторым входом соответствующего ему эмиттерного повторите5 ля, а передающий блок содержит последовательно соединенные генератор сигнала, эмиттерный повторитель, усилитель-формирователь зондирующего сигнала и излучающий преобразователь, а также

временной блок, включенный между выходом генератора сигнала и вторым входом эмиттерного повторителя, прямые выходы триггеров приемного блока подключены к соответствующим управляющим входам

ного блока и вторыми входами схем сравнения приемного блока включен блок питания, второй выход которого подключен к входам схем ИЛИ, причем, входы - выходы счетчиусилителя-формирователя зондирующего 5 ков приемных блоков подключены к комму- сигнала, между входом - выходом времен- татору.

ного блока и вторыми входами схем сравнения приемного блока включен блок питания, второй выход которого подключен к входам схем ИЛИ, причем, входы - выходы счетчи

Использование: в области сейсмологии и может быть использовано при изучении динамических явлений - горных ударов, выбросов. Сущность изобретения: в точке исследований устанавливают излучающий и приемный преобразователи. Регистрируют результирующий сигнал, возникающий в результате взаимодействия зондирующего сигнала и сигнала акустической эмиссии. При этом каждый канал обработки информации содержит, наряду с фильтром и схемой сравнений, также триггер, эмиттерный повторитель и схему ИЛИ, а амплитуда зондирующего сигнала не должна превышать амплитуду сигнала акустической эмиссии 1 ил