Устройство для оценки энергетических характеристик динамических процессов в массиве горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V1/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ДИHA/V ИЧECKИX ПРОЦЕССОВ

В /МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано на рудных и нерудных месторождениях для оценки энергетических характеристик динамических процессов, возникающих в горном массиве, например, при взрывах, горных ударах и т.д., в широком диапазоне частот и позволяет определить энергию всего колебательного процесса динамического явления.

Известна для измерений в акустике система для энергетической оценки акустической эмиссии, состоящая из энергетического процессора, предназначенного для энергетической оценки сейсмической и акустической информации, который включает первичный преобразователь, усилитель, умножитель, фильтр и систему индикаторов 1.

Высокая погрещность измерения в этом устройстве обусловлена выбранным методом и использованием однокомпонентного сейсмопреобразователя.

Наиболее близким техническим решением к педлагаемому является устройство для оценки энергетических характеристик динамических процессов в массиве горных пород, состоящее из первичного сейсмопреобразователя, соединенного последовательно с усилителем, линией связи и регистрирующим устройством. Кроме того, в устройстве имеется процессор для энергетической оценки отдельных импульсов динамического процесса, по которому судят об энергии всего процесса 2.

Однако данное устройство также большие погрешности оценки.

Целью изобретения является повышение точности и информативности энергетической оценки.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для оценки энергетических характеристик динамических процессов, состояшем из первичного сейсмопреобр.чзо15 вателя, соединенного носледовательно с усилителем и линией связи, и регистрирующего устройства, первичный сейсмопреобразователь выполнен в виде трехкомпонентного сейсмопреобразователя и в устройство введены соединенные с усилителем трехка ° нальный блок аналоговой обработки сейсмосигналов, каждый из каналов которого состоит из последовательно соединенных аттенюатора, фильтра, нормирующего усилителя и формирователя модуля мгновенного значения переменного напряжения, трехканальный блок цифровой обработки сигналов,каждый из каналов которого состоит из четырех подканалов с общим входом, подключенным к выходу блока аналоговой обработки, состоящих из последовательно соединенных компаратора с пороговым уровнем, отличающимся от уровня соседнего подканала в два раза, схема совпадения, схема «Счет, память, индикация, а выходы подканалов подсоединены к суммирующему счетчику с памятью и индикацией, блок счетных импульсов, состоящий из генератора, к выходу которого подключены последовательно четыре делителя частоты, выходы которых соединены с вторыми входами схем совпадений соответствующих подканалов блока цифровой обработки сигналов, причем первый делитель соединен со схемой совпадения подканала с наибольшим пороговым уровнем, блок управления, состоящий из последовательно соединенных схемы управления и таймера, центральный счетчик, на вход которого подключены выходы блоков цифровой обработки сигналов, а выход соединен с регистрирующим устройством, причем выходы схемы управления соединены со схемами «Счет, память, индикация каждого подканала, с центральным счетчиком и регистрирующим устройством, а вход блокауправления соединен с выходами компараторов подканалов с наименьщим пороговым уровнем. На чертеже дана структурная схема устройства. Устройство состоит из трехкомпонентного первичного сейсмопреобразователя 1, многоканального усилителя 2 заряда, блоков 3-5 аналоговой обработки сигналов по каждой измеряемой компоненте отдельно, блоков 6-8 цифровой обработки сигналов, блока 9 счетных импульсов, блока 10 управления, центрального счетчика И и регистрирующего устройства 12. Каждый блок аналоговой обработки сигнала включает аттенюатор 13, фильтр 14, усилитель 15 и формирователь 16 модуля мгновенного значения переменного напряжения. Три аналоговых блока цифровой обработки сигнала состоят каждый из компараторов 17, схем 18 совпадения, схем 19 «Счет, память, индикация и суммирующего счетчика 20 компоненты. Блок 9 счетных импульсов содержит задающий генератор 21 и четыре схемы делителей 22-25. В блок 10 управления включены таймер 26 и схема 27 управления. В устройстве трехкомпонентный первичный преобразователь 1 соединен с многоканальным усилителем 2 заряда, три выхода которого соединены с тремя блоками 3-5 аналоговой обработки сигналов. В каждом блоке аналоговой обработки включены последовательно аттенюатор 13, фильтр 14, усилитель 15 и формирователь 16 модуля мгновенного значения переменного напряжения, выход которого соединен с четырьмя схемами компараторов 17 блоков 6-8 цифровой обработки сигнала. Выходы каждого компаратора соединены с6 схемами 18 совпадения, на второй вход которых поступают импульсы с соответствующих делителей 22-25. Выходы схем 18 совпадений соединены со схемами 19 «Счет, память, индикация, на вторые входы которых поступают сигналы со схемы 27 управления, а выходы соединены с суммирующим счетчиком 20 «Компонента, память, индикация, на который также поступают сигналы со схемы 27 управления. Сигналы с суммирующих счетчиков 20 каждого блока цифровой обработки поступают на центральный счетчик 11, куда поступают импульсы со схемы 27 управления. Выход центрального суммирующего счетчика 11 соединен с регистрирующим устройством 12, на второй вход которого поступают сигналы со схемы 27 управления. Выход компаратора по нижнему уровню обрабатываемого сигнала в каждом блоке цифровой обработки соединен со схемой таймера 26, выход которого соединен со схемой 27 управления. Трехкомпонентный первичный преобразователь 1 предназначен для приема механических колебаний, возникающих в массиве горных пород, и преобразования их в электрический сигнал раздельно по трем компонентам (по трем взаимно перпендикулярным направлениям). Многоканальный усилитель 2 заряда предназначен для усиления электрических сигналов, поступаюндих с первичного трехкомпонентного преобразователя раздельно по каждой компоненте. Блок 3 аналоговой обработки сигнала предназначен для преобразования измеряемой информации к форме, удобной для цифровой обработки, и включает аттенюатор 13, который нормирует сигнал по амплитуде, фильтр 14, выделяющий полосу частот, усилитель 15 преобразованного сигнала и формирователь 16 модуля мгновенного значения переменного напряжения, который преобразует сигналы в однополярные путем переворачивания отрицательных импульсов. Блок 9 счетных импульсов включает кварцевый генератор 21 и четыре делителя 22-25 частоты и предназначен для вырабатывания счетных импульсов определенной частоты, необходимых для заполнения обрабатываемого импульса по четырем уровням. Блок 10 управления обработкой сигнала включает таймер 26 и схему 27 управления. Таймер 26 предназначен для программирования временных интервалов, с которыми необходимо производить обработку сигнала, а схема 27 управления - для управления счетными и регистрирующими схемами.

Блоки 6-8 цифровой обработки предназначены для счета импульсов заполнения по определенным уровням принимаемого сигнала, а затем общего суммирования их и включает каждая по четыре компаратора 17, четыре схемы 28 совпадения, чет-ре схемы 19 «Счет, память, индикация и один суммирующий счетчик 20 «Компонента, память, индикация.

Компаратор 17 предназначен для передачи импульсов разрешения схеме 18 совпадения при повышении сигналов заданного уровня и настроен на один из соответствующих уровней.

Схема 18 совпадения предназначена для пропускания счетных импульсов, поступающих с одного из соответствующих делителей частоты задающего генератора при поступлении импульсов разрешения с компаратора.

Схемы 19 «Счет, память, индикация фиксируют число импульсов соответствующего заполнения по определенному уровню сигнала.

Суммирующие счетчики 20 предназначены для итогового счета сосчитанных импульсов по четырем уровням заполнения по каждой из компонент.

Устройство работает следующим образом.

Механические колебания, возникающие в массиве горных пород, принимаются трехкомпонентным первичным преобразователем 1, преобразуются в электрические сигналы по трем взаимно перпендикулярным направлениям и передаются многоканальному усилителю 2 заряда, где усиливаются раздельно по каждой компоненте и подаются в блоки 3-5 аналоговой обработки сигнала. Аттенюаторами 13 сигналы нормируются по амплитуде, затем с помощью фильтров 14 выделяется полоса частот и усиливается усилителями 15. Усиленные сигналы в схеме формирователя 16 модуля мгновенного значения переменного напряжения преобразуются в однополярные. Усиленные и сформированные по амплитуде полярности в заданной полосе частот сигналы передаются в блоки 6-8 цифровой обработки и поступают одновременно на четыре различных фиксированных уровня сигнала. При достижении сигналом определенного уровня компараторами 17 передается соответствующей схеме 18 совпадения импульс разрешения счета в течение длительности информационного импульса по данному уровню.

По сигналу с одного из трех компараторов, настроенных по минимальному уровню обрабатываемого сигнала, осуществляется запуск таймера 26, а затем схемы 27 управления, где формируются сигналы, которыми регламентируется работа схем 19 «Счет,

память, индикация, центрального счетчика 11 и регистрирующего устройства 12. Аналогично по трем компонентам обрабатываемого сигнала (покомпонентно) в схемах 18 совпадения за время длительности сигнала, поступивщего с соответствующего компаратора, пропускается число импульсов с определенного делителя частоты и считывается в схемах 19 «Счет, память, индикация.

Далее покомпонентно с четырех схем 19 «Счет, память, индикация в схеме суммирующий счетчик 20«Компонента, память, индикация производит суммирование счетных импульсов по четырем различным уровням.

5 Централь,ым суммирующи.м счетчиком И ,тся и считываются резу.пьтап по трем кс мпонентам вместе и далее регистрируются в блоке 12.

Основными особенностями устройства являются ныоокое быстродействие, точность

0 и информативность энергетической оценки динамических процессов.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений и быстродействие системы при измерении

энергии горных ударов, а это существенно повышает эффективность контроля и прогнозов толчков, горных ударов в массиве горных пород на глубоких горизонтах подземных горных предприятий.

30

Формула изобретения

Устройство для оценки энергетических характеристик динамических процессов в массиве горных пород, состоящее из первичного сейсмопреобразователя, соединенного последовательно с усилителем и лпнией связи, и регистрирующего устройства, отличающееся тем, что, с целью повьнпения точности и. информативности энергетической оценки, первичный сейсмопреобразователь выполнен в виде трехкомпонептниго сейсмопреобразователя и в устройство IMK-дены соединенные с усилителем TpvXKa нальный блок аналоговой обработки сейсмосигналов, каждый из каналов которо о

5 состоит из последовательно соединенных аттенюатора, фильтра нормирующего усилителя и формирователя модуля мгновенного значения переменного напряжения, трехканальный блок цифровой обработки сигналов, каждый из каналов которого состоит из четырех подканалов с общим входом, подключенным к выходу блока аналоговой обработки, состоящих из пос,тедовательно соединенных компаратора с пороговым уровнем, отличающимся от уровня соседнего подканала в два раза, схемы совпадения, схемы «Счет, память, индикация, а выходы подканалов подсоединены к суммирующему счетчику с памятью и индикацией, блок счетных импу,льсов, состоящий из

генератора, к выходу которого подключены последовательно четыре делителя частоты, выходы которых соединены с вторыми входами схем совпадений соответствующих подканалов блока цифровой обработки сигналов, причем первый делитель соединен со схемой совпадения подканала с наибольшим пороговым уровнем, блок управления, состоящий из последовательно соединенных схемы управления и таймера, центральный счетчик, на вход которого подключены выходы блоков цифровой обработки сигналов, а выход соединен с регистрирующим устроиством, причем выходы схемы управления соединены со схемами «Счет, память, индикация каждого подканала, с центральным счетчиком и регистрирующим устройством, а вход блока управления соединен с выходами компараторов подканалов с наименьщим пороговым уровнем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Каталог фирмы Данеган-Эндевко, 1978, модель 602.

2.Патент ПНР № 80944, кл. 42, с 42, опублик. 1975 (прототип).