Устройство для контроля напряженно-деформированного состояния горного массива

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение информативности работы устройства за счет одновременной регистрации квазистационарных механических напряжений и волновых процессов в массиве. Устройство включает чувствительный элемент 1 в виде пьезопластины с двумя встречно-штыревыми преобразователями. 2 поверхностных волн, усилители 3, блок 4 выделения разностной частоты, полосовой фильтр 5, блок 6 вьщеления фазы, интегрирун)щий фильтр 7, управляемый генератор 8, фильтр 9 верхних частот и блок 10 усреднения частоты. Элемент 1 испытывает деформацию изгиба . Преобразователи 2 вырабатывают две частоты, разность которых, выделяемая блоками 3 и 4, характеризует действующую силу. По динамической составляющей разности, выделяемой блоками 5,6,7,8 и 9, определяют характеристики волнового процесса в массиве. По статической составляющей разности, получаемой блоком 10 усред нения .частоты, определяют значение квазистационарных напряжений. Устройство позволяет одновременно измерять статическую и динамическую компоненты напряжений. 1 ил. с S (Л 4 00 О СЛ КР Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (gf) 4 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ЦЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4198052/22-03(22) 24.02.87 (46) 15,10.88. Бюл. Р 38 (71) Институт горного дела им.А.А.Скочинского (72) С.В.Серов, Н.К,Иванов-Шиц и В.Н.Кудрявцев (53) 622.283 (088.8) (56) Ржевский В.В. Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах. Л.: Наука, 1978.

Малов В,В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергия, 1973, с..171-180. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА (57) Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения — повышение информативности работы устройства эа счет одновременной регистрации кваэистационарных механических напряжений и волновых процессов в массиве. Устройство включает чувствительный эле„„SU„„ 3430526 мент 1 в виде пьезопластины с двумя встречно-штыревыми преобразователями, 2 поверхностных волн, усилители 3, блок 4 выделения разностной частоты, полосовой фильтр 5, блок 6 выделения фазы, интегрирующий фильтр 7, управляемый генера ор 8, фильтр 9 верхних частот и блок 10 усреднения частоты, Элемент 1 испытывает деформацию изгиба. Преобразователи 2 вырабатывают две частоты, разность которых, выделяемая блоками 3 и 4, характеризует действующую силу. По динамической составляющей разности, выделяемой блоками 5,6,7,8 и 9, определяют характеристики волнового процесса в «о

C массиве. По статической составляющей разности, получаемой блоком 10 усред нения частоты, определяют значение квазистационарных напряжений. Устройство позволяет одновременно измерять статическую и динамическую компоненты напряжений, 1 ил. laeL

1430526

Изобретение относится к горному делу и предназначено. для регистрации изменений напряженно-деформированного состояния горного массива.

Целью изобретения является повы- 5

geHHe информативности работы устройства за счет одновременной регистрации квазистационарных механических напряжений и волновых процессов в массиве.

На чертеже приведена схема, устройства.

Устройство содержит чувствительный, элемент 1 в виде пьезопластины, встречно-штыревые преобразователи 2 поверхностных волн, усилители 3, блок 4 выделения разностной частоты, Полосовой фильтр 5; блок 6 выделения фазы, интегрирующий фильтр 7, управляемый генератор 8, фильтр 9 верхних 20 частот и блок 10 усреднения частоты.

Чувствительный элемент 1 выполнен

:в виде пьезопластины с двумя встречно-штыревыми преобразователями 2 по верхностных волн, расположенных на

be больших гранях, один иэ электродов каждой пары которых заземлен, а

Второй соединен с входом соответствующего усилителя 3. Выходы усилителей 3 соединены с входами блока 4 вы-30 деления разностной частоты, выход которого соединен с входом полосового фильтра 5. Выход полосового фильтра

5 соединен с первым входом блока 6

ыделения фазы, соединенного своим

ыходом с входами интегрирующего фильтра 7 и фильтра 9 верхних частот.

Выход интегрирующего фильтра 7 подключен к входу управляемого генератора 8, а выход последнего соединен 40 с вторым входом блока 6 выделения фазы и входом блока 10 усреднения частоты.

Устройство работает следующим образом, 45

На чувствительный элемент 1 устройства в результате процессов перераспределения напряжений в горном массиве при его отработке действует сила Р, которую можно представить в виде статической и динамической составляющей

Р=К„С+К2а sinAt, где К1 - коэффициент преобразования для статической составляю- . щей;

К вЂ” коэффициент преобразования

2 для динамической составляющей;

С вЂ” ква зистационарное напряжение в массиве горных пород; а — ускорение датчика в результате волновых процессов в горном массиве; — частота волновых процессов в горном массиве.

Причем К, и К2 зависят от конкретной конструкции датчика.

Под действием силы P чувствительный элемент 1 испытывает изгибную деформацию, что приводит к изменению расстояния между электродами встречно-штыревых преобразователей 2, в результате чего меняются частоты f и fq автогенерации в цепях усилителей 3, причем с различным знаком приращения, С выходов усилителей 3 ,сигналы подаются на входы блока 4 выделения разностной частоты. Таким образом, разностная частота f<, выделяемая блоком 4, несет информацию о величине и характере воздействия на чувствительный элемент 1

Е„.. =k P=k (К,С+К а sinQ t), где k — коэффициент чувствительности устройства.

Далее через полосовой фильтр 5, настроенный на среднее значение частоты Й, напряжение-поступает на фазовый детектор, образованный блоком

6 выделения фазы, интегрирующим фильтром 7 и управляемым генератором 8.

В детекторе происходит выделение периодической составляющей изменения частоты f, отражающей динамическое состояние массива. После прохождения через фильтр верхних частот 9 на его выходе напряжение имеет вид

U = kK à singt, где U — напряжение на выходе блока 9, С выхода управляемого генератора снимается напряжение с частотой f пропорциональной мгновенному значению силы Р, воздействующей на чувствительный элемент 1, и поступает далее на блок 10 усреднения частоты, на выходе которого получаем усредненное значение частоты f>, пропорциональное статической составляющей силы P

f =К(К,C+K,a sinQ t)=kK,C.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для контроля напряженно-деформированного состояния горного массива, включающее чувствительный, элемент в виде пьезопластины с расположенными на ее больших гранях двумя встречно-штыревыми преобразон;.талями

1430526

Составитель К.Лыков

Редактор Л,Веселовская Техред М.Дидык

Корректор Г.Решетняк

Заказ 5311/29 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 поверхностных волн, усилители и блок выделения разностной частоты, при этом один из электродов каждой пары преобразователей заземлен, а другой соединен с входом соответствующего усилителя, выходы которых соединены с входами блока выделения разностной частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности работы устройства за счет одновременной регистрации квазистационарных механических напряжений и волновых процессов в массиве, оно дополнительно снабжено полосовым фильтром, блоком выделения фазы, интегрирующим фильтром, управляемым генера- . тором, фильтром верхних частот н блоком усреднения частоты, при этом вход полосового фильтра соединен с выходом блока выделения разностной частоты, а его выход — с первым входом блока выделения фазы, выход которого соединен с фильтром верхних частот и интегрирующим фильтром, а выход интегрирующего фильтра подключен к входу управляемого генератора, выход которого соединен с вторым входом блока выделения фазы и с входом блока усреднения частоты.