Способ выделения импульсов акустической эмиссии в горном массиве

Способ выделения импульсов акустической эмиссии в горном массиве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э!)5 G 01 Ч 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ИКАЯ

i pi

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ь fmsx а.э п вах а.э.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3992013/25 (22) 17.12,85 (46) 23.06.93. Бюл. РВ 23 (71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности и институт горного дела им. А.А.Скочинского (72) Б.П.Гринштейн. В,С.Иванов, Н.К.Ивано

Шиц, Ю.Н.Камынин, АЭ.Петросян и АН.Трегубов (56) Анциферов M.Ñ. и др, Сейсмоакустические исследования и проблема прогноза динамический явлений. М.: Наука, 1971, с. 24 — 34.

Макаров В.В, Автоматический счетчик естественных сейсмоакустических импульсов. Сб. Применение сейсмоакустических методов в го ном деле/Под ред. М.С.Анциферова. М.: Наука. 1964, с. 72-77.

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

„„5U „„1822991 А1 (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ

АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ГОРНОМ

МАССИВЕ (57) Использование: горное дело, прогноз динамических явлений в горном массиве сейсмоакустическим методом, Сущность изобретения. Устанавливаются оптимальные частотная полоса и время фильтрации при обработке входного сигнала, 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 условия:

1822991 где fmsx а.э.верх. — верхнее возможное значение частоты спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве;

fmax а.э.нижн, — нижнее возможное значение частоты спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве (Для шахт Донбасса fmsx а.э.верхи. 2000

10 fmsx а.э.нижн. - 200 в блоке временной селекции 14, управляющий вход которого связан с выходом мультиплексора через формирователь селектирующего импульса 17.

15 Нв выходе третьего блока преобразования Фурье 15 формируется спектр полученного сигнала, Далее в блоках формирования отношения мощности 18 и отношения амплитуды 19 определяется отношение мощно20,сти в полосе частот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности составляющих спектра, и величины, обратная отношению максимального значения амплитуды в укаэанной облэ25 сти частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра. При этом о наличии нэ входе устройства импульсов акустической эмиссии необходимо су30 . твр = ц Tmax аэ, а1<а<ат; P < P< Q гДе fmax s.d. — частота спектРального максимума импульса акустической эмиссии для данного горного массива; п — коэффициент, определяющий ширину полосы пропускания фильтра запуска анализатора, его величина, с одной стороны лимит тируется требованиями запуска анализатора только от сигналов с частотой, равной частоте спектрального максимума импульсов акустической эмиссии, э с другой стороны, возможными вариациями значения этой частоты в горном массиве (для шахт Донбасса в результате экспериментальных исследований установлена величина и - 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, нэ вход мультиплексора 20 поступает сигнал на начало формирования цикла измерений.

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

ГДЕ Tmax 9.9. — МаКСИМЭЛЬНаЯ ДЛИтЕЛЬНОСтЬ импульсов акустической эмиссии;

q — безразмерный коэффициент, определяемый иэ условия минимального значения энергии помехи в сформированной реализации сигнала, при условии нестационарности длительности импульсов акустической эмиссии (для шахт Донбасв этэ величина q =0,2).

Йходной сигнал с выхода нормализаторз 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 Сс max а.а.верхн. max d.э.нижн.

55 дить, исходя иэ условия: где а t — минимальное значение отношения мощности, полученного спектра в полосе частот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности составляющих спектра для импульса акустической эмиссии, возникающих в горном массиве при динамических явлениях; а — максимальное значение отношения мощности полученного спектра в полосе чзстот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности" составляющих спектра для импульсов экустическоЯ эмиссии, возникающих в горном массиве;

)91 — минимальное значение величины, обратной отношению максимального значения амплитуды в укаэанной области частот к максимальному значению амплитуды в остэльноЯ части спектра;

Д вЂ” 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 соотношениЯ укаэанные условия юедставляются в виде:

1822991

25

0,25 < а < 0 55; 0,35 < P < 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, заключающийся в приеме акустических сигналов и их преобразовании в электрические, нормализации амплитуды электрических сигналов, фильтрации и распознавании, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности. перед фильтрацией осуществляют выбор временной реализации входного сигнала, имеющего составляющие, расположенные в полосе частот Af = тмакс в.э «+ гЛмакс а.э гдв тмакс.а.э. ЧэСтота спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве,,n— коэффициент, определяющий вариации значения частоты спектрального максимума сигналов акустической эмиссии в горном массиве, причем длительность тер временной реализации входного сигнала определяют из условия Гвр = цтмакс аэ. где

Гмакс.s.3. — максимальная длительность импульсов акустической эмиссии в горном массиве, q — безразмерный коэффициент, определяемый иэ 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, восста35

55 навпивают сигнал во временнпи области пу тем второго преобразования Фурье. полученного логарифма модуля спектра, выделяют компоненты, содержащиег.я я обПЭСТИ

1 1 (Тс макс а.э.верхи. макс а э нижн.

ГАЕ макс.а.э.еврхн, — ВЕРХНЕЕ ВОЗМОЖНОЕ ЭНЭчение частоты спектрального максимума импульсов акустической эмиссии в горном

МаССИВЕ, макс.в.э.нижн. НИЖНЕЕ ВОЗМОЖНОЕ значение частоты спектральíî(о максимума импульсов акустической эмиссии в горном массиве, подвергают полученный сигнал третьему преобразованию Фурье, опредеIlAloT в полученном спектре отношгние мощности в полосе частот по уровню 0,7 от значения спектрального максимума к суммарной мощности Pz составляющих а=- Рмакс.а.3 /Ð, определяют величину, обратную отношению максимального значения амплитуды в укаэанной области частот к максимальному значению амплитуды в остапьнои части спектра В=О/Омакс и распознавание проводят, судя и наличии на входе импупь;.ор. акустическом эмиссии, исходя из услои и (Х < (! аз, ф1 /3. /Q где elf — минимальное значение отношения мощности полученного спектра в попосе частот по уровню 0,7 значения спектрального максимума к суммарной мощности составляющих спектра дпя импульсов акустической эмиссии, возникающих е горном массиве при динамических явлениях, а — максимальное значение отношения мощчости полученного спектра в полосе частот по уровню О, значения спек1рэпьного максимума к суммарной мощности составляющих спектра для импульсов акустической эмиссии, возникающих в горном массиве при динамических явлениях, jul - минимальное значение величины, обратной огношению максимального значения амплитуды в укаэанной области частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра, j3 — максимальное значение величины, обратной отношению максимального значения амплитуды в указанной области частот к максимальному значению амплитуды в остальной части спектра, 1822991

Составитель А. Трегубов

Техред М.Моргентал Корректор Е. Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2179 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5