АКУСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА для ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНЫХПОРОД Советский патент 1970 года по МПК E21B47/00 G01V1/00 E21B4/14 

Изобретение относится к области геофизических исследований.

Известны косвенные методы выявления и оконтуривания неоднородиостей горных пород, использующие возможности дифференциации горных пород но их отличающимся акустическим характеристикам. Возможность обнаруясения и оконтуривания рудных тел предуг.матривает использава.ние упругих колебаний тонального диапазона частот; двух взаимодонолняющих друг друга звукометрических методов: методом частотно-селективной тени при прозвучивании, когда в различных точках профиля наблюдения измеряется зависимость амплитуды от частоты колебаний, и методом отлал ений, когда в точках приема измеряются отрезки времени между передними фронтами посланного и отраженного импульсов на подстроенных на максимальный сигнал фиксированных частотах; максимального использования известной информации о посылаемом сигнале для достижения максимальной помехозащищенности в условиях сильных производственных помех.

Известная акустическая установка для исс.ледования горных пород содержит излучатель, блок питания излучателя, контрольный акустический приемник; блок формнрования сигналов возбуждения излучателя, содержащий задающий генератор, регулятор амплитуд, усилитель; блок измерения принимаемого сигнала, каждый канал которого содержит акустический приемник, нредварительиый, входной и оконечный усилители; регистрирующий прибор.

С целью программной стабилизации излучения в режиме прозвучивания, в блок формирования сигналов возбуждения излучателя введены импульсное устройство, связанное с акустическими приемниками, и электронный ключ, обеспечивающие период и длительность посылки сигнала возбуждения, а регулятор амплитуд, блок питання излучателя, излучатель и контрольный акустический приемник Ох:ваче,ны стабилизирующей отрицательной обратной связью.

С целью повышения помехоустойчивости измерительного блока, он содержит управляемый фильтр, связанный с задающим генератором, а в каждый измерительный канал введен фазовый детектор, связанный с задающим генератором через фазовращатель с ручной нли автоматической регулировкой фазы.

На чертел е изображена блок-схема предлагаемой установки.

Она содерл ит излучатель 1 упругих колебаний с контрольным акустическим приемником 2, блок питания излучателя, состоянии из выпрямителя 3 и усилителя мощности 4 блок формировання сигналов возбуждения излучателя, содержащий усилитель 5, электронный ключ 6, регулятор амплитуд 7, задающий генератор 8, импульсный блок 5, электронный ключ W, входной усилитель 11 и переключатель 12; блок измерения, содержащий акустические приемники 13 и 14, предварптельиые усилители 15 и 16, входпые усилители /7 и 18, управляемый фильтр 19, оконечные усилители 20 и 21, фазовые детекторы 22 и 23, фазовращатели 24 и 25, щлейфовый осциллограф 26, электронный осциллограф 27.

Выпрямитель 3 питает усилитель мощности 4 и обеспечивает подмагничиваиие вибратора (излучателя) 1. На вибраторе устанавлива( ся контрольный акустпческиИ--эрт1€5Гник 2, с помощью кошр-СГО-КШТгролируется, в зависимости от типа датчика, амплитуда смещения, колебательная скорость, колебательное ускорение или мощность. Прошедщий через породу сигнал цринимается приемниками 13 и 14 электродинамического типа с двумя обмотками, одна из которых используется для выделения принятого сигнала и последующего усиления предварительными усилителя 15 и 16, а другая - для демпфирования приемника во время црохождения поверхностной волны специальными импульсами от импульсного блока 9. Усиленные сигналы поступают по соединительному кабелю во входные усилители 17 и 18. Затем сигнал одного из каналов проходит через управляемый фильтр 19, средняя частота которого изменяется синхронно с частотой задающего генератора 8, а полоса пропускания может плавно регулироваться в зависимости от уровня помех и формы сигнала (от 1,5 до 100%). Прием непрерывного сигнала осуществляется при узкой полосе, а импульсного - цри оптимальной. После этого отфильтрованный сигнал поступает на оконечные усилители 20 и 21 либо на регистрацию шлейфовым осциллографом 26 и вертикальные пластины электронного осциллографа 27, либо на схемы фазовых детекторов 22 и 23, существенно повыщающих помехоустойчивость приема сигнала. Опорные напряжения на фазовые детекторы подаются с генератора S, задающего частоту упругих импульсов через два фазовращателя 24 и 25. Фаза опорного сигнала может плавно изменяться в избранном диапазоне частот в интервале ±90°. Отраженные сигналы приходят на вход фазовых детекторов в неизвестной фазе и подстойкой потенциометра фазовращателей 24 и 25 можно добиться их оптимального выделеия. Возможно периодическое изменение амлитуды и полярности отраженного сигнала на выходе фазового детектора на фоне помех. то позволяет путем корреляции визуальных аблюдений и механического перемещения вижка потенциометра обнаружить на фоне омех отраженный импульс. Сигналы с выхоа фазовых детекторов можио регистрировать лейфовым осциллографом 26 или электронным осциллографом 27.

Задающий генератор 8 непрсрывпо генерирует синусоидальные колебания заданной частоты, которые поступают на фазовращатели 24 и 25 и на регулятор амплитуды 7. Регулирование амплитуды осуществляется электропным «щунтолг, коэффициент передачи которого изменяется в зависимости от величины управляемого напряжения, подаваемого на его вход. С выхода регулятора амплитуд 7

0 синусоидальный сигнал поступает на электронный ключ 6, который открывается на время, равное длительности посылки J:IlндL шt- дальной пачки с пердодш - Щшм периоду nocbi,;iKj;L 3iH -TraireK. Период и длительность Ь1лки задается специальными схемами в импульсном блоке 9. С выхода электронного ключа 6 сигнал поступает на выходной усилитель 5 и затем по кабелю - на раскачку усилителя мощности 4. Кроме того, сигнал с выхода регулятора амплитуд 7 поступает на электронный ключ 10, который включается импульсом управления с блока 9 сразу же после запирания ключа 6, изменяет фазу синусоидального сигнала на 180°, что позволяет в

5 определенной степени погасить свободные колебания электродинамического излучателя. В импульсном блоке 9 также формируются управляющие импульсы блокировки приемников 13 и 14 на время прохождения поверхностной

0 волны. Сигнал с выхода контрольного приемника 2 поступает на входной усилитель //, отличающийся повыщенной стабильностью, а затем после детектирования через переключатель 12 - на управляемый вход регулятора

5 амплитуд 7. Таким образом осуществляется стабилизирующая обратная связь в системе, охватывающая не только электрические цепи, но и акустические устройства.

Если датчик опюрного напряжения системы

0 стабилизации построить частотно-зависимым, причем частотная зависимость будет обратной частотной зависимости акустического излучателя / и контрольного приемника 2, то применение такой системы программного ре5 гулирования позволит устранить погрещности за счет передающего тракта. При постоянной частоте заполнения такая система позволяет стабилизировать выходную акустическую мощность при изменении коэффициента передачи электронных блоков передающей части аппаратуры, что может быть вызвано нестабильностью сети в шахтных условиях.

Регистрирующий электронный осциллограф 27 может работать в режиме регистрации приходящих сигналов как в блоке «дальности радиолокационных станций, когда на вертикальные пластины подается отраженный сигнал, а на горизонтальные - пилообразное напряжение, частота которого равна частоте посылок. Кроме того, возможна регистрация в режиме фотонакопления.

Таким образом, данная аппаратура позволяет поддерживать постоянной колебательную скорость излучателя в широком диапазоне viepem-iH за счет неравномерности частотной ;а1рактеристики излучателя и изменения параvieTpOB передающего тракта; посредством вреиенной селекции запиранием приемников на энределенный промежуток времени устранить злияние поверхностных волн, что улучшает реистрацию отраженных волн и разрешающую :пособиость акустической annag ajv bb-FrpiT высоком уровне проиаБбдегвённых помех аптаратура позволяет использовать частоту, и длительность опорного сигнала, посылаемого в породу путем не только частотной |)ильтрации, но и синхронного детектирования : подстраиваемой фазой. Для использования зозможности дифференциации пород по ча;тотной зависимости коэффициента затухания я сокращения трудоемкости снятия амплитудно-частотных характеристик затухания упругих волн на отдельных фиксированных частогах производится автоматическое синхронное изменение частоты задающего генератора и управляемого фильтра с автоматической записью амплитудно-частотной характеристики исследуемого массива. Предмет изобретения 1. Акустическая установка для исследования горных пород, содержащая излучатель. блок питания излучателя, контрольный акустический приемник; блок формирования сигналов возбуждения излучателя, содержащий задающий генератор, регулятор амплитуд, усилитель; блок измеренияjiDi«iKf«&eMOTo сигнала, кажд ш каргГтзГ которого содерлчит акуcXF e€-iaifi пр иемник, предварительный, вход,ной и оконечный усилители; регистрирующий прибор, отличающаяся тем, что, с целью программной -стабилизации излучения в режиме прозвучивания, в блок формирования сигналов возбуждения излучателя введены импульсное устройство, связанное с акустическими приемниками, и электронный ключ, обеспечивающпе период и длительность посылки сигнала возбуждения, а регулятор амплитуд, блок питания излучателя, излучатель и контрольный акустический приемник охвачены стабилизирующей . отрицательной обратной СВЯЗЬЮ. 2. Установка по п. 1, отличающаяся, тем, что, С целью повыщения по-мехоустойчивости измерительного блока, он содержит управляемый фильтр, связа Н,ный с задающим генератором, а В -каждый измерительный канал введен фазовый детектор, связанный с задающим генератором через фазовращатель с ручной или автоматической регулировкой фазы.