Устройство для определения трещиноватости горных пород

 

Изобретение относится к горном челу и м б использовано на претприятиях гор нодобывающей пром-сти при фи зико-химическом упрочнении пород Цепь - повышение точности определения трещиноватости горных пород Устр-во содержит зонд 1, блок 2 регистрации, блок 3 индикации Зонд 1 состоит из генератора 4 высокой частоты, согласующего усилителя 5, колебательного контура 6, антенны 7, приемной катушки 8 усилителя 9 высокой частоты, выпрямителя 10 и датчика 11 линейных перемещений Блок 2 включает первый усилитель 12, регистрирующий прибор 13, компаратор 14, первый и второй пиковые детекторы 16, 18, второй усилитель 17, формирователь 15, анализатор 19, аналого цифровой преобразователь 20, преобразователь 22 линейных перемещений, счетчик 23 и триг гер 24 При продвижении зонда 1 сили тель 17 и детектор 18 выделяют cm наг, соответстующий неразрушенному массиву Величина этого сигнала характерипе: щ электрическу ю проницаемость горного ва, в котором обнаружена трещина ный сигнал поступает на анализатор 19 1 1 ил « (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 С 39 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

251, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2!) 4659191/03 (22) 07.03.89 (46) 15.03.91. Бюл. № 10 (7I ) Донецкий политехнический институт (72) И. Ф. Потапкин и В. М. Королев (53) 622.23.05 (088.8) (56) Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах., Л:

Энергоатомиздат, 1988, с. 304, Шило В. Л. Популярные цифровыс микросхемы.— Гправочник.

М.: Радио и связь, !987, с. 352.

Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства.-- Гправочник. М.: Радио и связь, 1984, с. 400.

Авторское свидетельство ГГГР

Л0 1544971, кл. F. 21 С 39/00, 08.04.88. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТРЕ1ЦИНОВАТОГТИ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и м. 6. использовано на предприятиях горнодобывающей пром-сти при физико-химическом упрочнении пород. Цель — повышение

„„Я0„„1634781 А 1

2 точности определения трещиноватости горных пород. Устр-во содержит зонд 1, блок 2 регистрации, блок 3 индикации.

Зонд состоит из генератора 4 высокой частоты, согласующего усилителя 5, колебательного контура 6, антенны 7, приемной катушки 8, усилителя 9 высокой частоты, выпрямителя 10 и датчика 11 линейных перемещений. Блок 2 включает первый усилитель 12, регистрирующий прибор 13, компаратор 14, первый и второй пиковые детекторы 16, !8, второй усилитель 17, формирователь 5, анализатор 19, аналого-цифровой преобразователь 20, преобразователь

22 линейных перемещений, счетчик 23 и триггер 24. При продвижении зонда 1 усилитель 17 и детектор 18 выделяют си нал, соответстующий неразрушенному массиву.

Величина этого сигнала характеризует lnэлектрическую проницаемость горного массива, в котором обнаружена тре цина. Указанный сигнал поступает на анализатор 19.

11 ил.

1634781

Изобретение относится к горному делу, в частности к конструкции устройств для определения параметров трещиноватости горных пород в массиве, и может быть использовано на предприятиях горнодобывающей промышленности при физико-химическом упрочнении пород, а также при строительстве горнотехнических и подземных сооружений.

Целью изобретения является повышение точности определения параметров трещиноватости горных пород путем автоматизации процесса обнаружения трещины, определения ее местонахождения и анализа величины раскрытия трещины с учетом диэлектрической проницаемости пород.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы работы блоков устройства; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема зонда устройства; на фиг, 4 — принципиальная электрическая схема анализатора; на фиг. 5 принципиальная электричес кая схема запоминающего устройства и формирователя; на фиг. 6 — принципиальная электрическая схема преобразователя линейных перемещений; на фиг. 7 — принципиальная электрическая схема блока питания; на фиг. 8 — принципиальная электрическая схема блока индикации; на фиг. 9 конструкция зонда и датчика линейных переме(цений; на фиг. 10 — вид передней панели блока регистрации; на фиг. 11 — вид передней панели блока индикации.

Устройство для определения трещиноватости горных пород состоит из зонда 1, блока 2 регистрации и блока 3 индикации, соединяемых кабелем с помо)цью разьемных соединений.

Зонд 1 содержит генератор 4 высокой частоты, выход которого соединен с входом согласующего усилителя 5, выход которого соеди нен с колебательным контуром 6, с которым соединена антенна 7 и индуктивно связана приемная катушка 8, подключенная к входу усилителя 9 высокой частоты, выход которого соединен с входом выпрямителя 10, датчик 11 .)инейных перемегцени й.

Блок 2 регистрации содержит первый усилитель 12. выход которого связан с входом регистрирующего прибора 13, первыми входами компаратора 14, первого пикового детектора 16, второго усилителя 17.

Выход компаратора 14 соединен с вторым входом первого пикового детектора 16, перными входами второго пикового детектора 18, счетчика 23, триггера 24 и формирователя

15. Выход второго усилителя 17 соединен с вторым входом второго пикового детектора 18. Выходы первого пикового детектора 16 и второго пикового детектора 18 с<)единены с входами анализатора 19. выход которого соединен с входом АЦП 20. Выхо чы Al !Г! 20, преобразователя 22 ли tt(йных перемещений и формирователя 15 соединены с входами запоминающего субблока 21. Второй выход преобразователя 22 линейных перемещений соединен с вторым входом счетчика 23, выход которого соединен с вторым входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с вторым входом формирователя 15.

Корпус зонда 1 представляет собой пластмассовую трубу 26 с внутренним диамет10 ром 32 мм и внешним 38 мм. длиной

200 мм. Корпус имеет переднюю и заднюю заглушки. К передней заглушке крепится колесо 27 датчика 11 линейных перемещений с вклеенными магнитами 28. В пазах перед15 ней заглушки устаHîâëåíы герконы 29 даT чика 11 линейных перемещений. Внутри корпуса 26 находится плата 30. на которой расположены элементы зонда 1. В задней заглушке находится отверстие для кабеля 31 и отверстие с резьбой 32 для подсоеди о нения досылочных штанг !не показаны).

На передней панели блока 33 регистрации размещены органы управления, индикатор 34 регистрирующего прибора 13, индикаторы адреса ЗУ «Адрес» субблока памяти (1

l0) и индикатор «П» переполнение субблока памяти, разъем 35 для подключения блока 3 индикации и разъем 36 для подключения зонда 1. На передней панели блока 37 индикации выведена индикация величины раскрытия трещины 38 и индикация расстояния 39.

Устройство работает в треx режимах

lII)«проведении замеров в Illa<1(. у<тройство в составе зонда и блока 2 регистрации работает в режиме «Исследование». По окончании замеров устройство

35 переключают в режим «Хранение». -.,)и этом все элементы устройства, кроме субблока памяти 21, отключаются. На по вер х ности к блоку 2 регистрации подключается блок 3 индикации и устройство начинает работать в режиме «(.читывание». Работа в треx режимах позволяет значительно уменьшить время обследования одного Itltlypa, упростить обработку информации. Появляется возможность разработать согласуюгцее устройство для автоматического считывания информа45 ции в конкретный тип ЭВМ. Понын)ается объективность получаемой инф<)рмации Работа с устройством не требуе г вы <)K<)httdëèôèцирова нного персонала и может осуществляться одним человеком (в прототип(не менее двух человек).

50 Перед нача чоvl замеров с II() vl()lilt тх мблера «(.тирание» субблока паMHги на передней панели блока памяти реги рации производится стирание содержи») t i) субблока 21 памяти. Кнопкой «Гбро(» ()!)низводится обнуление счетчика пре()61);I и)вателя 22 линей55 ных переме(пений При ручном управлении (тумблер «р» «А» в п<)ложении «Р»).

Оператор м<)жет вести визуальное наблюдение с II()M()litt регистрирующеl о прибора 13, 1(>347

d также мож T произнести запись информации вручную (например, в н)«a,«K«>tце шпурл!. Это также позволяет более эффективно использовать обз,ем памяти, т е. проводить запись в субблок 2! плл<ят>, только в тех шпурах, где трещиновзтосгь представляет интерес. Hpè переклю I(IIIIè тумблера «Р» — «А» в положение «А» запись информации о трегцине происходит автоматически. Автоматическое обнаружение трещины, анализ ее п»рамстров H запись информации s субблоке 21 памяти по:<воляет значительно увеличить произьодительность труда оператора, так клк отпадает необходимость внимательно следит, зл регистрирующим устройством и п pokt1Bo,>kt Tf запись информации вручнук). Пр<>движение зонда 1 по шпуру осуп(ествзяется с помощью досылочных ц)танг. С геH(p3T«p» 4 высокой частоты через согласующий усилитель 5 напряжение высокой част«ты по(-. . пает в колебательный к«птур 6. Iасть эн(ргии колебательного контура о излу (»ется антенной 7 в окружающую среду В приемной катушке 8 наводится ЭДС, К«Тпр;.я усиливается усилителем 9 высокой (;<с-o,ы, с выхода которого поступает И3 вы )рямитель 10. С выхода выпрямителя !Г! через кабель 31 сигнал поступает в блок " регистрации на вход первого усилителя 2.

При движении з«нда I по шнур. врл) глется колесо 27 с магнитами 28 д» гчикл 1 линейных переме<цений, прч эт«м срабатывают герконы 29. Сигнал с д IHIIKa 11 линейных перемен(ений через клб>ель 31 поступает в блок 2 регистр»пни >l!i Bx«1 преобразователя 22 линейны пер. v(!I«!Iktkt, который формирует через каж.зый 1 (м игнллы перемлцения. анализирует нлпрлвление движения и вырабатывает нл вых«1е цифровой код, соответствующий расс)оянию от устья шпура до зонда 1. Это значительно повышает точность определения местонахождения трещины. При изменении диэлектрической проницаемости среды изменяется емкость антенны 7, что вызывл(т р»сстройку колебательного контура 6 < сле.lовательно, изменение величины ..»лы нл выходе выпрямителя IO. Диагрлл<ма изл<енения сигнала показана на фиг. 2 И <ме нение сигнала ня выходе ii TP(IIIÈНЫ. На ВЫ СОЛЕ компаратора 14 появится напряжение, с<)ответствующее «!» для цифровых микросхел1.

По этому сигналу происходит обнуление первого пикового детектора 6, второго пиков«го детектора 18, в результате чего входные напряжения анализатора 19 равны нулю.

На выходе АГ(Г! 20 цифровой K«3, o«Tветствующий величине раскрытия трещины, 1О

8! б равен нулю. tl» выi< д< пр of>;)3« «;) f(,)я 22 линейных напряжений Il>t<7>p«B >и к«,i («<)ТВЕTCТВУ)О(ЦЕЧ Р )С(Т«ЯНИК> ОТ ) <. Tf>)f ill l .) P(l Д« зонда. Сигна. с Bf,!i() l<) компарат«р, 14 также посту<)лет н;< вх >д форл(ир«ватсля

13), который формиру(т (игнлл записи и )<)держивл T его и» Bpi мя, равное циклу работы АЦП. П«cltгнл.зл запи lt проис. одит запись цифр<.вых кодов А11Г! 20 и преобразователя 22 линейных перс мещ(ний в суббл«к памяти 21. Запись и).формации о местои;<хождении на« )ла трещины позволяет. в с,1 Л и Л <. ((,1 I t Т P (. < Ц И B I! Н < ОД И H О Ч Н Л и . O П !) Еделит) <)лни><ы !)лзрл <пенн«го участка ма< сина. 11< мере приближения антенны 7

3(н I3 1 ). редине трещины происходит нарястани(.иг!;l 13 Первь<й пик«вый детект«р 16 от .1еживас T и загоминлеT максим».)ьный ур)вень сигналя. Зятем сигнлл начиняет уменьшаться (и;)и у I;I(HHH антенны 7

«т трс шины) и при д«стижении значения п«рог<)B«l «нлпряжс ния 1. >тся через каждые 3 см движения зонда 1, однако д« тех 11«р, п«кл Tf>l I i(ð 24 нл ходился в coi ÒOß I{it È сс 1», Hd (ÃO ВЫХОД(. <. И! H!t 7 II(Il«HB ля Tckf Гlо(,7< об ну.)ения три гге рл 24 при продвижении зон t;i I нл 3 (м !la его выходс п<зянля(т<.я игнлл, который и > T II,)(T и;> ф«рл<и pc)BHT(1ь I > и,) Hhtx« I(кх)т«р<)

Io фог>мируется сигнал записи. P;I((тояние

3 < л< выбрано из p()) ьных у(ловий. Р< рсзу,)ьтлте ис(ie7<)B»HI!II выяснилось, « lo i!3меll(. Иие сигналя «ьл одиночной трещин(«Т минимума до максимума и затем опять .«минимул<л состлвляет примерно 6 см.

11ри продвижении tla 3 c»t второй усиIHT(.ëü 17 и второй пиковый .1етектор 18 выделяют сигнал, соответствук>гний неразруIII f! IIoìó массиву. Величина эт«г«сигнала характеризует диэлектрическую пр«ницаем« ть горного массива, в котором обнаружена тре<цина. Этот сигнал посту()яет нл анллизат«р 19, ня,<(ругой вхо (анализатора 19 гиктуплет сигнал с первого пикового детектора 16, соотвеT(òâóк>щий мяк(имлльному сигналу нл трещине. Анализатор 19 представляет собой усилит(1h с переменным коэффициентО ">» си. Ii ни)< и Г)«рог«Выл< чя<)ряж(нием.

На вх«д у< или геля поступает сигнал (Il(. рвого пиков«го TeT(KT«p t 16. харя кт(ризующий )лк(имальн<зе увеличеlllt(<з<гнллл ин<;l3 1 на трегцине. Си<.нл,), !«tp;!K Topi! >у к>щий диэлектр><ческук) пр«ниц;)ем«(п ц«р« ды, в которой находится TI>(lllltli;i, с вых« дл второго пикового д. T(KI«p;I 18 упр;<и ляет изменением Ko=>(!)()Itlttt(г;) у(ил ft It)! It и(— личины и«!)«гоиог«на liряжения;)тим (<>стига(Ti я i i(т з)) ни»il %1«! Тlt н<., lit I«!I)l (it г!I i)I l

1634781 на трещине от диэлектрическои проницаемости породы, в которой трещина находится, В результате на выходе анализатора 19 появляется аналоговый сигнал, соответствующий величине раскрытия трещины, который преобразуется АЦП 20 в цифровой кол. По сигналу записи с формирователя 15 происходит запись цифрового кода соответствующего величине раскрытия трещины, и цифрового кода, соответствующего расстоянию ло трещины, в субблок 21 памяти По окончании замеров оператор, переводит устройство в режим «Хранение».

В этом режиме субблок 21 памяти подключается к аккумуляторам GB2, GB3 (см. фиг. 7), а все остальные блоки устройства отключаются. В этом режиме информация в субблоке памяти 21 может храниться в течение двух суток. Этого времени достаточно, чтобы считать хранящуюся информацию. При подключении к блоку 2 регистрации блока 3 индикации устройство автоматически переходит в режим «Считывание». Включив тумблер набора адреса суб блока памяти «НА» на передней панели блока регистрации, оператор в зависимости от положения тумблера «МП» — «СР» набирает

i-îoòsåTñòsåHHo младшие пять или старшие пять разрядов адреса субблока 21 памяти кнопкой «Зап.», наблюдая визуально адрес на табло блока регистрации. Набор отлельно старших и младших разрядов позволяет быстро набрать любой необходимый адрес. Олновременно на табло блока индикации булет высвечиваться информация, хранящаяся в ячейке субблока 21 памяти по этомх адресу.

АЦП 20 можно реализовать на микросхеме К572ПВ1 Л1.с.240, компаратор на микросхеме K52)CA2 ЛЗ.с.3!4, пиковый летектор по схеме на фиг. 8.12 (3) с. 208, усилительл ь по схеме фи г. 4.8!а (3) с. 142. счетчик на микросхеме К!76 ИЕЗ (2), с. 237, триггер на микросхеме К176ТВ! (2) с. 233.

Фор.чила изобретения

Устройство для определения трещинонатости горных пород, включаюшее блок регистрации, содержащий уoèëèòåëь, регисTðè5

40 рующий прибор блок питания и зонд, содержащий последовательно соединенные генератор высокой частоты, согласующий уси литель, колебательный контур, соединенный с антенной и приемной катушкой, усилитель высокой частоты, выход которого соединен с входом выпрямителя, соединенного с блоком регистрации, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности определения трещиноватости горных пород. в устройство дополнительно введены блок индикации, датчик линейных перемещений, компаратор, первый и второй пиковые детекторы, второй усилитель, счетчик, триггер, первый и второй анализаторы увеличения напряжения, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь линейных перемещений, формирователь сигнала записи, субблок памяти, первый и второй генераторы порогового напряжения, причем датчик линейных перемещений соединен с блоком регистрации, первые входы компаратора, первого пикового детектора и второго усилителя связаны с выходом первого усилителя, выход компаратора соединен с вторым входом первого пикового детектора, первыми входами второго пикового детектора, счетчика, триггера и формирователя сигнала записи, выход второго усилителя соединен с вторым входом второго пикового детектора, выход которого соединен с первым входом анализатора увеличения напряжения, второй вхол которого связан с выходом первого пикового детектора. выход àíàлизатора увеличения напряжения соединен с вхолом аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифрового преобразователя, преобразователя линейных перемещений и формирователя сигна1d записи соединены с входами субблока памяти, второй выход преобразователя линейных перемещений соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом триггера. выход которого соединен с вторым входом формирователя сигнала записи, вторые входы компаратора и второго усилителя соединены с, ыхолами первого и второго генераторов порогового напряжения. блок регистрации соединен с блоком индикации. сз я

Ульи. dn. e

b/Х.

163478!

1634781

Юь/х.

&10

Уапц

Ум2

Юб/К.

dn. t9 дьл

КР2

Раг. 2 оз я

1634781

1634781

1634781 с

<Ъ

Риг.8

1634 i81

16 34 781

Рог 17 составитель М. Кит некая

Текред А Кравчук Корректор Н. Ренская

Тираж 296 Ilолнисное

13

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нри ГЕНТ (.<:(.I

1 I 3035, Москва, Ж--35. Раушская наб., д. 4 5

Производствс нно-издательский комбинат «(1атент», г Ужгород, хд Гагарина. IOI