Способ выделения импульсов акустической эмиссии в горном массиве Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

сл

С

Использование: горное дело, прогноз динамических явлений в горном массиве сейсмоакустическим методом. Сущность изобретения1 устанавливаются оптимальные частотная полоса и время фильтрации при обработке входного сигнала.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в технике безопасности горного дела, для автоматической регистрации импульсов акустической эмиссии, используемых при прогнозе динамических явлений в горном массиве.

Целью изобретения является повышение точности.

Работа устройства, реализующего предложенный способ, поясняется чертежом.

Устройство содержит геофон 1, усилитель 2, высокочастотный преобразователь 3, линию связи 4, демодулятор 5. нормализатор 6. фильтр запуска анализатора 7, формирователь реализации сигнала 8, пороговое устройство 9, аналогово-цифровой преобразователь 10, первый блок преобразования Фурье 11, логарифматор 12, второй блок преобразования Фурье 13, блок временной

селекции 14, третий блок преобразования Фурье 15, блок формирования функции временного интервала 16, формирователь селектирующего импульса 17, вычислитель отношения мощностей 18, вычислитель отношения амплитуд 19, мультиплексор 20, блок сравнения отношения мощностей 21, блок сравнения отношения амплитуд 22, схему И 23. счетчик импульсов акустической эмиссии 24.

Сигнал, зарегистрированный геофоном 1, через усилитель 2, высокочастотный преобразователь 3, линию связи 4 и демодулятор 5 поступает на вход нормализатора амплитуды 6 и фильтра запуска анализатора 7, полоса пропускания которого определяется из следующего эмпирического условия00 N5 N3 ЧЭ О

ДГ-f,

max а.з

±nfn

где fmax вв. - частота спектрального максимума импульса акустической эмиссии для данного горного массива;

п - коэффициент, определяющий ширину полосы пропускания фильтра запуска анализатора, его величина, с одной стороны лимитируется требованиями запуска анализатора только от сигналов с частотой, равной частоте спектрального максимума импульсов акустической эмиссии, а с другой стороны, возможными вариациями значения этой частоты в горном массиве (для шахт Донбасса в результате экспериментальных исследований установлена величина п 0,1).

При условии превышения составляющей сигнала, лежащей в указанной полосе порогового уровня, определяемого сформированным в пороговом устройстве 9 значением, исходя из требований к отсутствию ложных запусков анализатора от помехи, на вход мультиплексора 20 поступает сигнал на начало формирования цикла измерений.

На управляющий вход блока формирования функции временного интервала 16с выхода мультиплексора 20 приходит сигнал начала формирования временного интервала, длительность которого выбирается из условия:

вр Q Tmax а я.,

где Tmax аэ. - максимальная длительность импульсов акустической эмиссии;

q - безразмерный коэффициент, определяемый из условия минимального значения энергии помехи в сформированной реализации сигнала, при условии нестационарности длительности импульсов акустической эмиссии (для шахт Донбаса эта величина q 0,2).

входной сигнал с выхода нормализатора 6 поступает на вход формирования реализации сигнала 8, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока формирования функции временного интервала 16. Далее, сформированная реализация входного сигнала поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10. Преобразованный в цифровую форму сигнал поступает на вход первого блока преобразования Фурье 11 и после логарифмирования в блоке 12 модуля амплитуды спектра, во втором блоке преобразования Фурье 13 производится восстановление сигнала во временной области.

Полученный сигнал подвергается временной селекции в интервале

ТС

1

max а э нижн.

где fmax а.э.еерх. верхнее возможное значение частоты спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве;

fmax а.э.иижн - нижнее возможное значение частоты спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве

(Для шахт Донбасса fmax а.э верхи. - 2000

fmax а.э.нижн. - 200

в блоке временной селекции 14, управляющий вход которого связан с выходом мультиплексора через формирователь селектирующего импульса 17,

На выходе третьего блока преобразования Фурье 15 формируется спектр получен- ного сигнала, Далее в блоках формирования отношения мощности 18 и отношения амплитуды 19 определяется отношение мощности в полосе частот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности составляющих спектра, и величины, обратная отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра. При этом о наличии на входе устройства импульсов акустической эмиссии необходимо су30

дить, исходя из условия:

/3 /fc .

где а 1 - минимальное значение отношения мощности, полученного спектра в полосе

частот по уровню 0.7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности со- ставляющих спектра для импульса акустической эмиссии, возникающих в горном массиве при динамических явлениях;

cfc - максимальное значение отношения мощности полученного спектра в полосе частот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности0 составляющих спектра для импульсов акустической эмиссии, возникающих в горном массиве;

p - минимальное значение величины, обратной отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот

к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра;

$2 - максимальное значение величины, обратной отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот

к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра.

Для шахт Донбасса с учетом указанных в тексте соотношений указанные условия лоедставляются в виде:

0,25 a 0,55; 0,35 ft 0.65

В блоках сравнения отношения мощностей 21 и амплитуд 22 (выполненных, например, в виде дешифраторов) происходит сравнение полученных отношений с заданными значениями, т.е. определяется соответствие параметров входного сигнала установленным критерием, характеризующим импульсы акустической эмиссии.

С выходов блоков сравнения отношения мощностей и амплитуд, сформированные в них сигналы поступают на входы схемы И 23 и при наличии на ее двух входах единичных сигналов происходит запись сформированного сигнала в счетчике импульсов в акустической эмиссии 24 в виде одного импульса, т.е. происходит регистрация факта наличия на входе устройства импульса акустической эмиссии.

Формула изобретения

Способ выделения импульсов акустической эмиссии в горном массиве, заключаю- щийся в приеме акустических сигналов и их преобразовании в электрические, нормализации амплитуды электрических сигналов, фильтрации и распознавании, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед фильтрацией осуществляют выбор временной реализации входного сигнала, имеющего составляющие, расположенные в полосе частот Af

в.э ± Гамаке а.э., где Тмакс.а.э. - ЧЭСТОТЭ

спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве, п - коэффициент, определяющий вариации значения частоты спектрального максимума сигналов акустической эмиссии в горном массиве, причем длительность гвр временной реализации входного сигнала определяют ИЗ УСЛОВИЯ Гвр рГмакс а.э., ГД6

Гмакс.а.э. максимальная длительность импульсов акустической эмиссии в горном массиве, q - безразмерный коэффициент, определяемый из условия минимального значения энергии помехи с сформированной реализации входного сигнала при условии нестационарности длительности импульсов акустической эмиссии в горном массиве, сформированную реализацию входного сигнала подвергают первому преобразованию Фурье, определяют модуль спектра, логарифм модуля спектра, восста-

навливают сигнал во временной области пу тем второго преобразования Фурье, полученного логарифма модуля спектра, выделяют компоненты, содержащиеся н области

ГГ -,

Тмакс а э нижн

где fnaKc а.э верхи. - верхнее возможное значение частоты спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве, fMaKc.a.3.HHXH. - нижнее возможное значение частоты спектрально о максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве, подвергают полученный сигнал третьему преобразованию Фурье, определяют в полученном спектре отношение мощности в полосе частот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности Р2 составляющих а,- Рмакс.аэ./Р, определяют величину, обратную отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра /Ј и/11мак1, и распознавание проводят, судя о наличии на входе импульсов акустической эмиссии, исходя из условии

а « а.1 pi /h ,

где fit - минимальное значение отношения мощности полученного спектра в полосе частот по уровню 0,7 значения спектрального максимума к суммарной мощности составляющих спектра для импульсов акустической эмиссии, возникающих в горном массиве при динамических явлениях, fti - максимальное значение отношения мощности полученного спектра в полосе частот по уровню 0,7 значения спектрального максимума к суммарной мощности составляющих спектра для импульсов акустической эмиссии, возникающих в горном массиве при динамических явлениях, - минимальное значение величины, обратной отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра, (h максимальное значение величины, обратной отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра