Устройство для регистрации акустической эмиссии зон динамической структурной перестройки геоматериала Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

канал свя зц

Использование: для нераэрушающе- го контроля деформационного состояния горных выработок, целиков горных пород JI-HZ1 J и инженерных сооружений, а также для исследований в области прогноза горных ударов и землетрясений. Сущность изобретения: с преобразователя 1 упругой энергии в электрическую сигнал поступает на предусили- тель 2 и по линии связи 3 - на блоки определения интегральной амплитуды 4, интегральной энергии 5 и количества акустических импульсов 6. Блок 4 включает линейный детектор или балансный перемножитель, соединенный с быстродействующим преобразователем направления в частоту и счетчиком с переменным коэффициентом счета Этот блок позволяет существенно повысить динамический диапазон регистрируемых импульсов. Наряду с дискретными импульсами устройство может измерять шумовой сигнал постоянной и медленно меняющейся амплитуды. 3 ил. СО с 00 ю ю о о N3

Фаг. /

Изобретение относится к геофизическим методам исследования напряженного состояния земной коры, в частности, к прогнозу землетрясений и служит для оперативного выделения зон динамической структурной перестройки, определения их пространственного расположения.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повышение информативности измерений.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блока интегральной амплитуды; на фиг.З - схема счетчика с переменным коэффициентом счета.

Устройство содержит N приемников сигнала акустической эмиссии, каждая из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя 1 упругой энергии в электрическую, предусилителя 2. линии связи 3. блока 4 определения интегральной амплитуды, блока 5 определения интегральной энергии, блока 6 определения количества акустических сигналов, цифроаналоговых преобразователей 7, блока 8 синхронизации, а также блока 9 предварительной обработки информации, получаемой в блоке определения количества акустических сигналов.

Это устройство работает следующим образом: акустический сигнал, возникающий в исследуемом объекте, возбуждает один или несколько преобразователей 1 упругой энергии в электрическую. Усиленный предварительным усилителем 2 электрический сигнал передается по линии связи 3 на блоки определения интегральной амплитуды и интегральной энергии 4,5 и количества акустических импульсов 6,

Блок определения интегральной амплитуды устроен следующим образом. Сигнал с линии связи поступает на вход линейного детектора 10. Выходной однополярный сигнал поступает на вход быстродействующего преобразователя напряжения в частоту 11. Таким образом, за время интегрирования, которое задается блоком синхронизации в зависимости от задачи эксперимента, состояние счетчика 12 будет определяться выражением: S / IA(t)l dt. Блок определения

т

интегральной энергии сигнала строится по той же схеме, что и блок определения интегральной амплитуды, только вместо линейного детектора 10 ставится перемножитель и сигнал поступает одновременно на два его входа, а на выходе балансного перемножителя будет сигнал, пропорциональный квадрату мгновенного значения амплитуды сигнала, т.е. за время интегрирования на выходе счетчика 12 будет состояние, определяемое выражением Е / A (t)dt, т.е.

т

энергия принятого сигнала за время г. Счетчик с переменным коэффициентом

счета выключает первый счетчик 13 на входе коммутатора и второй счетчик на выходе с последнего. Схема работает следующим образом: в начале цикла счета пока 6-ой разряд счетчика 15 находится в состоянии О.

0 на его вход приходит сигнал от преобразователя напряжения в частоту ПНЧ через 1 - вход коммутатора 14. После прохождения 32 импульсов, 6-ой разряд счетчика 15 переходит в состояние 1 и переключает комму5 татор 14. Теперь на вход счетчика 15 приходит только каждый второй импульс от ПНЧ (работает 2-й канал коммутатора). Следовательно. 7-й разряд счетчика 15 переключится в состояние 1 после

0 прохождения 96 импульсов от ПНЧ, После перехода 7-го разряда счетчика 15 в состояние 1 на вход счетчика 15 поступает сигнал с ПНЧ через 3-й канал коммутатора, т.е. с коэффициентом деления равным 4 и т.д. Та5 ким образом, информационная емкость счетчика 15 составит 8160 импульсов, т.е. динамический диапазон регистрации энергии сигнала составит 78 дБ при 8-и разрядном представлении информации.

0 В устройстве предусмотрена возможность измерения интегральной амплитуды (интегральной энергии) либо всего сигнала, либо только той его части которая превышает порог срабатывания компаратора. Вто5 рой режим целесообразен в условиях интенсивных помех, не превышающих уровня полезного акустического сигнала; порог срабатывания устанавливается выше уровня помехи. Кроме того, такой режим позво0 ляет определить среднюю энергию одного импульса за время интегрирования.

Изобретение обладает следующими преимуществами: в отличие от известных устройств, не использующих в полной мере

5 данные об амплитуде и длительности акустической эмиссии, обладая более высокой чувствительностью данное устройство дает принципиальную возможность регистрировать не только процесс трещинообра0 эования, как.наиболее интенсивный механизм генерации акустической эмиссии, но и другие механизмы, предшествующие трещинообразованию и/или приводящие к внутренней перестройке материалов и гор5 ных пород, что дает возможность селекции всей совокупности сигналов акустической эмиссии по природе их генерации и контроля различных стадий разрушения материала (упругая, пластическая области, ползучесть, крип, дилатансия, трещинообраэование

различных уровней). Важным преимуществом данного устройства является его применение в условиях, при которых дискретные сигналы акустической эмиссии практически сливаются в непрерывный (скважность ) и когда дискретные методы измерений дают неконтролируемую ошибку. Это прежде всего относится к нарастающему процессу деформирования земной коры в период подготовки землетрясений.

Формула изобретения Устройство для регистрации акустической эмиссии зон динамической структурной перестройки геоматериэла, состоящее из последовательно соединенных преобраВход от.

-Ш

Сброс от устрой ства синхронизации

зователя механических колебаний в лект рические, усилитетя, линии связи компаратора, блока предварительной обработки сигнала, счетчика и регистратора, отличаю

щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения информативности измерений, к выходу линии связи подключены последовательно линейный детектор или балансный перемножитель, быстродействующий преобразователь напряжения в частоту и счетчик с переменным коэффициентом счета, включающий первый счетчик на входе коммутатора и второй счетчик на выходе последнего, подключенного к входу регистратора.

Фиг. Z

Выход

Фиг.З