Способ распознавания сейсмоакустических сигналов Советский патент 1983 года по МПК G01V1/30 

(St) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ

1

Изобретение относится к распозна ваниям сигналов с низким отношением сигнал/помеха и, в частности может быть использовано при построении устройств распознавания сейсмоакустических сигналов в системах автоматического сейсмопрогноза опасных состояний горных выработок.

Известен способ распознавания сигналов, осуществляемый путем фильтрации из входного напряжения части напряжения со спектром распознаваемого сигнала, формирования опорного напряжения из полного входного сигнала неотфильтрованного напряжения, усиления в VI раз отфильтрованной части напряжения перед сравнением его с опорным, выпрямления амплитудным детектированием отфильтрованного и опорного напряжения перед сравнением, сравнения отфильтрованной части напряжения с опорным напряжением по амплитуде С 1 СИГНАЛОВ

Недостатком известного способа является низкая достоверность распознавания сейсмоакустических сигналов, так как формирование опорного напря-« жения пропорционально амплитуде принятого Сигнала и не позволяет распознавать сильные сейсмоакустические сигналы, имеющие большую амплитуду и низкую частоту заполнения. Но данные сигналы имеют наибольшую ценность

10 при сейсмопрогнозе.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ распознавания сейсмоакустических сигналов, осуществляемый путем сравнения

15 опорного напряжения, сформированного из неотфильтрованного входного напряжения, с Напряжением, сформированным после узкополосной фильтрации входно20 го напряжения Г Недостатком известного способа является низкая достоверность распозна ания сейсмоакустических сигналов в

geysts 4

молотковых лавах из-за совпадения , спектров сейсмоакустических сигналов со спектрами сигналов отбойного молотка и других производственных ломех.

Целью изобретения является повыше- j ния сейсмоакустических сигналов

ние достоверности распознавания сейсмоакустических сигналов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу распознавания сейсмоакустических сигналов, осущест-ю вляемому путем сравнения опорного напряжения,, сформированного из неотфильтрованного входного напряжения, с напряжением, сформированным после узкополосной фильтрации входного напряжения, опорное напряжение получают суммированием напряжения, сформированного из неотфильтрованного входного напряжения, с напряжением, сформированным пропорционально средней частоте заполнения входныхсигна лов, а узкополосную фильтрацию ществляют в диапазоне выеоких гармонических составляющих сейсмоакустических сигналов. На фиг.1 и 2 показаны амплитудночастотные характеристики с,ейсмоакустических сигналов и источников помех на фиг.З - временные диаграммы. На фиг.1 показаны амплитудно-час тотные характеристики звукоулавлива ющей аппаратуры 1 и узкополосного фильтра 2, осуществляющего выделение высших гармонических составляющих ра познаваемых сигналов, а также амплитудно-частотные спектры сильных 3, , средних 4 и слаДых 5 сейсмоакустичес ких сигналов. При введении сей сМоакустического прогноза применяется звукоулавливающая аппаратура, при нимающая возникающие акустические сигналы в диапазоне 200-2000 Гц в горных породах. На фиг.2 показаны амплитудно-частотные спектры наиболее часто встречающиеся при сейсмоакустическом прогнозе производственных помех и имеющих наименьшие различия в амплитудночастотрых спектрах во время прогноза с сейсмоакустическими сигналами: бурения 6, отбойного молотка 7, УДаров по креплению 8, осыпания угля 9. вентилятора местного проветривания 10, комбайна 11, конвейера 12, струга 13, щита 1. Как вирно из приведенных амплитудно-частотных спектров акустических сигналов производственных помех и сейсмоакустических сигналов в принимаемом звукоулавливающей аппаратурой диапазоне 200-2000 Гц ( розможном диапазоне частоты заполнепрактически нет различии в спектре, поэтому достоверность распознавания сейсмоакустических сигналов при применении в этом диапазоне фильтрации низкая. Более существенное различие амплитудно-частотных спектров имеется в диапазоне частот, лежащем выше диапазона возможной частоты заполнения сейсмоакустических сигналов ( 2000 Гц), т.е. в области высших гармонических составляющих сейсмоакустических сигналов. Амплитудночастотные спектры сейсмоакустимеских сигналов в диапазоне 2000 Гц наиболее близки к амплитудно-частотным спектрам акустических сигналов отбойного молотка и струга, при этом, поскольку амплитудно-частотные спектры сигналов в процессе прогноза изменяются, то необхо/ имо для эффективного выделения сейсмоакустических сигналов следить за уровнем принимаемых сигналов и изменением частоты заполнения этих сигналов. В процессе ведения прогноза в широких пределах изменяется уровень принимаемых сигналов, поскольку он зависит от мощности принимаемого сигнала, звукового пути, проходимого сигналом до геофона, поглощения на звуковом пути в горных породах и других горно-геологических факторов. Частота заполнения акустических сигналов изменяется из-за изменения горно-геоло-« тических условий.-в процессе прогноза,а -именно изменения твердости угля размера угольного пласта, а также особенно горного давления и других факторов . На фиг.З показаны временные диаграммы, иллюстрирующие предлагаемый способ распознавания сейсмоакустических сигналов. Сигналы с выхода звукоулавлива ющей аппаратуры 15 подвергаются следующей обработке. Фильтруется узкополосным фильтром часть спектра сигнала, лежащая в области высоких гармонических составляющих 16. Частота настройки фильтра выбирается, например, в диапазоне 2000-15000 Гц. Нижний предел ограничен протяженностью спектра производственных помех, а верхний пред ограничен протяженностью спектра сейсмсакустимеских сигналов и превышением его уровня над спектром шума -аппаратуры в этом диапазоне ( белый шум). После этой фильтрации некоторые производственные помехи подавляются полностью ( бурение, осы пание, вентилятор местного проветривания и другие , оставшиеся акустические сигналы производственных помех подавляются при сравнении по амплитуде выделенных сигналов .(например, после детектирования) 1 с опорным напряжением 18. Опорное напряжение формируется как сумма на пряжений , пропорциональных среднему уровню принимаемых сигналов 19 и средней частоте принимаемых акустических сигналов 20, которые формируются из полного (неотфильтрованного) сигнала, что позволяет следить за изменением уровня и частоты принимаемых сигналов. Отфильтрованные сигналы перед сравнением усиливаются и йогут, например, выпрямиться амплитудным детектором. Выбирая в различных пределах время для получения средней амплитуды и частоты заполнения сигналов, можно обеспечить высокую достоверность распознавания при изменении горногео|логических условий и других факторов во время ведения сейсмоаку тического прогноза. Для выделения сейсмоакуётических сигалов отфильтр ванные сигналы сравниваются с опорн напряжением. При превышении отфильт рованного сигнала над опорным напря жением считается выделенным сейсмо акустический сигнал; 21, а при не пр вышении отфильтрованным сигналом опорного напряжения он относится к производственной помехе. Положительный эффект данного спо соба состоит в том, что его примене ние позволяет автоматизировать про5цесс ведения сеисмоакустического Iпрогноза, т.е. освободить операторов шахтной службы сейсмопрогноза от распознавания акустичес их сигналов на слух, внести в выдаваемый прогноз объективность и, как следствие этого, сократить длительность ложно-прогнозируемых опасных зон, повысить производительность добычных участков, сократить затраты на противовыбросные мероприятия. Формула изобретения Способ распознавания сейсмоакустических сигналов, осуществляемый Ьутем сравнения опорного напряжения, сформированного из неотфильтрованного входного напряжения, с напряжением сформированным после узкополосной фильтрации входного напряжения, о тличающийся тем, что, с целью повышения достоверности распознавания сейсмоакустических сигналов, опорное напряжение получают суммированием напряжения, сформированного из неотфильтрованного входного напряжения, с напряжением, сформированным пропорционально средней частоте заполнения входных сигналов, а узкополосную фильтрацию осуществляют в диапазоне высших гармонических составляющих сейсмоакустических сигна лов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ № 2,133.327 кл. Н О В 1/10, опублик. 197Й. 2.Иванов B.C.,Мурадин В.В. Требования к аппаратуре для автоматического счета сейсмоакустических импульсов.-Сб.Труды Донецкого научноисследовательского -угольного института, 1975, №56, с.163-167 (прототип). ypoSe/fb ci/gfi f- f /fOfyc/i.ed} / , W 2 ff ff7ff г 4 fl 2 /poSef/6 ct/г ff/fffфуг. fyc. e.}

fG Z ff 8 fO 2 ff ff ///V/

Фг/г.2 , t/ffrif}

x

I

%

J r