Устройство виброакустического контроля Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 

41

00

о ю ел

00

Изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля расслоений в породном массиве.

Цель изобретения - повышение достоверное™ путем уменьшения влияния силы удара и состояния акустического контакта приемника вибрации с массивом, а также повышение помехоустойчивости устройства к случайным механическим воздействиям.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит ударник 1 в виде молотка со сферической поверхностью, предназначенный для возбуждения колебаний в массиве путем нанесения одиночного удара. Приемник 2 вибрации во время работы устройства имеет постоянный контакт с массивом на расстоянии 0,5 - 1,0 м от места нанесения удара. Выход приемника 2 вибрации через усилитель 3 соединен с фильтром 4 нижних частот. Частота среза фильтра в зависимости от задач контроля может составлять от 500 Гц до 3000 Гц. С выходом фильтра 4 нижних частот соединен пиковый детектор 5, нагрузкой которого является делитель 6 напряжения. Первый вход компаратора 7 соединен с выходом фильтра 4 нижних частот, а задающий вход - с входом делителя 6 напряжения. Большее напряжение на первом входе по отношению к задающему соответствует единичному состоянию выхода компаратора 7, меньшее - нулевому. Последовательно с фильтром 4 нижних частот соединены также пороговый каскад 8, первый ждущий одновибратор 9 и второй ждущий одновибратор 10, причем запуск второго ждущего одновибратора 10 должен происходить по заднему фронту импульса с выхода одновибратора 9. Первый вход элемента 11 И соединен с прямым выходом первого ждущего одновибратора 9, а второй вход - с инверсным выходом второго ждущего одновибратора 10. Первый (счетный) вход счетчика 12 соединен с выходом компаратора 7, второй вход (установки нуля)- с прямым выходом второго ждущего одновибратора 10, а третий (разрешения счета) - с выходом схемы И. Первый вход цифрового индикатора 13 соединен с выходом счетчика 12, а второй вход, предназначенный д/1я управления свечения индикатора, - с прямым выходом второго ждущего одновибратора 10.

Устройство работает следующим образом.

В статическом состоянии на выходе пикового детектора 5, прямых выходах ждущих одновибраторовЭ и 10 и выходе счетчика 12

- нулевые потенциалы. Индикация отсутствует. ..

После возбуждения участка массива с помощью ударника 1 в приемнике 2 вибр ации возникает пакет затухающих колеба- ний В ненарушенном однородном массиве длительность пакета минимальна. При наличии расслоения затрудняется передача энергии через границу раздела из-за чего

0 амплитуда и длительность собственных колебаний возбужденного участка возрастают, причем тем сильнее, чем слабее его связь с массивом. Наибольшую амплитуду имеют изгибные колебания, находящиеся в

5 диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч герц. После регистрации приемником 2 вибрации, последующем усилении с помощью усилителя 3 и выделении фильтром 4 нижних частот составляющих, соот0 ветствующих изгибным колебаниям, сигнал имеет вид, изображенный на фиг.2а слева. На правой половине временной диаграммы изображен сигнал помехи, С помощью пикового детектора 5 определяется макси5 мальная амплитуда сигнала ипик При этом параметры детектора выбраны таким образом, чтобы уменьшением уровня Улик на его выходе, а следовательно, и опорного напряжения Don на выходе делителя .нобыло

0 бы пренебречь в течение времени от момента возникновения колебательного процесса до уменьшения амплитуды в 3-5 раз, но чтобы этот уровень уменьшился в несколько раз к концу интервала, в течение которого проис5 ходит индикация показаний после удара (фиг.26)..

Уровень Uon, поступающий на задающий вход ко мпаратора 7, составляет 0,2-0,5 от максимальной амплитуды сигнала 1)пик.

0 При текущем превышении этого уровня исследуемым сигналом и сигналом помехи с выхода фильтра 4 на выходе компаратора 7 возникают импульсы единичного уровня (фиг.2в).

5 Поскольку срабатывание компаратора 7 происходит и при малых уровнях полезного сигнала с выхода фильтра, соизмеримых с уровнем помех, то необходима амплитудная селекция сигнала. Она осуществляется с по0 мощью порогового каскада 8, временная диаграмма работы которого приведена на фиг.2г. Если пиковый уровень сигнала мень-. ше определенного значения, то на выходе каскада 8 сохраняется нулевой потенциал и

5 процесс обработки сигнала блокируется при любом состоянии выхода компаратора 7. С целью подавления помех с большой амплитудой применена временная селекция сигнала. С этой целью по переднему фронту первого импульса с выхода порогоаого каскада 8 запускается первый ждущий одновибратор 9, который генерирует единичный прямоугольный импульс единичного уровня с заранее установлен- ной длительностью (порядка 0,2с), несколь- ко превышающей ожидаемую максимальную продолжительность колебательного процесса (фиг.2д слева), Такой же импульс возникает и от помехи высокого уровня (фиг.2д справа). По заднему фронту импульса с вы- хода первого ждущего одновибратора 9 запускается второй ждущий одновибратор 10, длительность импульса которого значительно больше, чем запускающего и равна желаемому времени индикаций (фиг.2е - прямой выход, фиг.2и - инверсный выход), С помощью с.хемы И 11 формируется импульс, подаваемый на третий (разрешения счета) вход счетчика 12 и равный по длительности первому во времени импульсу с выхода жду- щего одновибратора 9 (фиг.2з). В течение Этого импульса счетчик 12 считает количество импульсов с выхода компаратора 7, а после его окончания оказывается заблокированным до окончания импульса на выходе второго ждущего одновибратора 1.0, несмотря на наличие вызванных помехой сигналов высокого уровня как на выходе уровня как на выходе компаратора 7, так и порогового каскада 8. В течение продолжительности блоки- рующего импульса происходит индикация результата. По его окончанию происходит сброс счетчика 12 в нулевое состояние и гашение индикатора.

Первая составная часть положитель ного эффекта заключается в повышении достоверности контроля и связана с уменьшением влияния силы удара и контактных условий приемника с массивом на результат

.- . . : - .

контроля, поскольку изменение амплитуды сигнала автоматически компенсируется изменением уровня, по которому ведется подсчет количества колебаний.

Вторая.составная часть положительного эффекта связана с повышением помехоустойчивости к случайным механическим помехам путем амплитудной, и временной селекции сигнала.

Формула изобретения Устройство виброакустического контроля, содержащее ударник, последовательно соединенные приемник вибрации и усилитель, последовательно соединенные пороговый каскад и первый ждущий одновибратор, а также счетчик, соединенный с первым входом цифрового индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности путем уменьшения влияния силы удара и состояния акустического контакта приемника с массивом, а также повышения помехоустойчивости устройства к случайным механическим воздействиям, оно снабжено фильтром нижних частот, пиковым детектором, делителем напряжения, компаратором, элементом И и вторым ждущим одновибратором, причем усилитель через фильтр соединен с первым входом компаратора и входами порогового каскада и пикового детектора, через делитель подключенного к задающему входу компаратора, подключенного к первому входу счетчика, выход первого ждущего одновибратора подключен к первому входу элемента И и входу второго ждущего одновибратора, прямой выход которого подсоединён к вторым входам счетчика и индикатора, а инверсный - к второму вхЬду элемента И, выход которого подключен к третьему входу счетчика.

Фиг 2

Использование: изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля расслоений в породном массиве. Цель: повышение достоверности путем уменьшения влияния силы удара и состояния акустического контакта приемника вибрации с массивом, а также повышение помехоустойчивости устройства к случайным механическим воздействиям. Сущность изобретения: устройство содержит ударник 1, последовательно соединенные приемник 2 вибрации, усилитель 3, фильтр 4 нижних частот. Пиковый детектор 5, делитель 6 и компаратор 7 служат для стабилизации показаний при изменении уровня сигнала, а ждущие одно- вибраторы 9, 10 и схема И .11 - для подавления шумов. Продолжительность колебательного процесса в возбужденном ударом массиве определяется счетчиком 12 и отображается индикатором 13. Положительный эффект: уменьшение зависимости показаний от уровня сигнала в приемнике и повышенная помехоустойчивость к случайным помехам. 2 ил.