Пристрій для контролю за станом заколів

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на контуре выработки Цель — повышение эффективности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом. Для это J 7 8 Г f 12 13 I / ^ 10 11 18 75 16 n Фиг. 2 ,( со 1627696 Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на контуре выработки и определения жесткости связи их с массивом Цель изобретения — повышение информативности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом. На фиг. 1 представлено конструктивное выполнение устройства, на фиг. 2 — электрическая блок-схема устройства; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства. Основой конструкции является стержень I На одном его конце закреплен возбудитель 2 колебаний, представляющий собой, в простейшем случае, металлическую болванку со сферической контактной поверхностью. На возбудителе жестко закреплен пьезоэлемент 3 Микрофон 4 через акустический изолятор 5 закреплен на другом конце стержня. На этом же конце находится корпус 6, в котором расположена электронная схема. Пьезоэлемент 3 соединен с входом первого усилителя 7. Выход усилителя 7 соединен с входами порогового каскада 8, выполненного, например, в виде триггера Шмидта и пикового детектора 9 Последовательно с выходом порогового каскада 8 соединены блок Ш задержки импульса, выполненный, например, в виде ждущего одновибратора и формирователь 1 1 импульса, также выполненный в виде ждущего одновибратора. Последовательнро с выходом микрофона 4 соединены второй усилитель 12, коэффициент усиления которого зависит от уровня постоянного напряжения на управляющем входе, ключ 13, который соединен управляющим входом с выходом формирователя II импульса, полосовой фильтр 14, имеющий полосу пропускания, нижняя граница которой выше основной частоты изгибных колебаний стержня, а верхняя граница — не ниже, чем верхняя граница воспринимаемых микрофоном частот, блок 15 емкостной памяти, имеющий в своем составе одну интегрирующую ячейку с постоянной интегрирования, намного превышающей продолжительность колебаний закола, аналогово-цифровой преобразователь 16, цифровой индикатор 17. Управляющий вход второго усилителя 13 соединен с выходом пикового детектора 9. Вход установки нуля (сброса) блока 15 емкостной памяти соединен с входом 8 порогового каскада Входы установки нуля (сброса) пикового детеитора 9 и аналоговоцифрового преобразователя 16 соединены с выходом формирователя 11 Блок 18 питания обеспечивает подачу необходимых питающих напряжений на все остальные блоки. 5 10 15 20 25 30 35 удар по заколу (имеющемуся или предполагаемому). С помощью пьезоэлемента 3 осуществляется измерение силы удара и синхронизация электронной схемы. Прошедшая по воздуху волна от поверхности закола проходит к микрофону 4, акустически изолированному от стержня изолятором 5. Часть электронной схемы, расположенной в корпусе 6, производит обработку поступившего от микрофона сигнала и осуществляет индикацию результата в цифровой форме. Работа электронной схемы в подробностях иллюстрируется временными диаграммами согласно фиг 3 и происходит следующим образом. При контакте поверхности возбудителя колебаний с поверхностью закола в обоих соприкасающихся телах возникают колебания. Чем слабее связан закол с массивом, тем больше «добротность» его как колебательной системы и, следовательно, амплитуда и длительность колебательного процесса. Возникшие в возбудителе колебания преобразуются пьезоэлементом (акселерометром) в электрический аналог с пропорциональностью напряжения сигнала силе удара (фиг. За) Усиленный усилителем 7 сигнал с пьезоэлемента попадает на вход порогового каскада 8, на выходе которого формируется прямоугольный импульс (фиг. 36). В пиковом детекторе 9 запоминается максимальная амплитуда сигнала с пьезоэлемента. По переднему фронту импульса на выходе порогового каскада запускается ждущий одновибратор блока 10 задержки (фиг. Зв). Длительность импульса в блоке задержки определяется из выражения т== (П где К = 0,8—0,9, I —- расстояние между контактной по40 верхностью возбудителя и микрофоном; V — скорость звука в воздухе. По заднему фронту импульса блока 10 задержки запускается формирователь 11 45 импульса (фиг. Зг). Длительность импульса выбирают наверняка большей, чем продолжительность колебательного процесса в заколе. Последняя находится в пределах 0,5—50 мс. После нанесения удара волна упругой 50 деформации распространяется по стержню и с некоторой задержкой, ослабленная акустическим изолятором 5, попадает в микрофон 4 (фиг. 3d). Из-за частотной дисперсии в акустическом изоляторе в спектре электрического сигнала на зажимах 5 5 микрофона преобладают низкочастотные составляющие. Через некоторое время микроУстройство работает следующим образом. фона достигает волна, прошедшая от кровДержа стержень I руками со стороны ли по воздуху (фиг. 3d). Сигнал с микромикрофона оператор наносит возбудителем 162/ьуь фона усиливается усилителем 12 За время между появлением сигнала в пьезоэлементе 3 и приходом к микрофону воздушной волны от колеблющейся кровли в усилителе 12 успевает пройги переходной процесс, в результате которого коэффициент усиления однозначно определяется уровнем напряжения на выходе пикового детектора Причем большему уровню напряжения соответств> ет меньшее усиление и наоборот Таким образом, существенно уменьшается влияние силы удара по параметрам исследуемого в дальнейшем пришедшего от закола сигнала Пройдя через усилитель 12, сигнал -поступает на ключ 13 С помощью этого ключа осуществляется временная селекция сигнала, так как он отпирается формирователем И импульса, непосредствен но перед приходом к микрофону воздуш ной волны от колеблющегося закола С целью подавления низкочастотных составляющих сигнала, вызванных неуспевшими затухать колебаниями стержня, используется полосовой фильтр 14, ориентировочная полоса пропускания которого 200—20000 Гц Подачей импульса с выхода порогового каскада 8 на вход установки нуля блока 15 емкостной памяти в последнем перед поступлением сигнала через открытый ключ 13 устанавливается «0» на выходе При поступлении сигнала на вход блока 15 происходит его детектирование и последующее интегрирование Поскольку постоянная времени ьыбрана намного больше длительности сигнала, то напряжение на выходе блока 15 находится в прямой пропорциональной зависимости от амплитуды и длительности сигнала По заднему фронту импульса формирователя 11 происходит установка нуля в пиковом детекторе 8 и происходит чапуск аналого-цифрового преобразователя 16 В те чение некоторого интервала времени (фиг 3?) происходит преобразование аналогового сиг нала на выходе блока І5 в цифровой код и подача его на цифровой индика тор 17 Формула изобретения 5 Устройство для контроля состояния заколов на контуре выработки, содержащее возбудитель колебаний, расположенный на возбудителе пьезоэлемент, последова гельно соединенные с пьезоэлементом первый усили тель, пороговый каскад, блок задержки импульса и формирователь импульса, преоб разователь колебании в электрический сиг нал, выполненный в виде микрофона, с которым последовательно соединены второй усилитель, управтяемый формирователем импульса ключ, полосовой фильтр, блок емкостной памяти и блок питания, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности контроля состояния зако лов на контуре выработки за счет опре деления жесткости связи закола с млсси вом, оно снабжено стержнем, на одном конце которого расположен возбудитель колебаний, а на другом — микрофон, пиковым детектором, соединенным с вы ходом первого усилителя, последовательно соединенными с выходом блока емкостной памяти аналоїово-цифровым преобразователем и цифровым индикатором, причем второй усилитель выполнен с автоматической регулировкой усиления и соединен входом управления этой регулировки с вы ходом пикового детектора вход установки нуля блока емкостной памяти соединен с выходом порогового каскааа, а входы блока установки нуля пикового детектора и аналого-цифрового преобразователя соеди нены с выходом формирователя импульса 10 15 20 25 30 35 4 5 1 і 1 І» •• А . и / 1 і Фиг 1 г / і J 1627696 и а b Фиг.3 Составитель М Китайская Техред А Кравчук Корректор М Кучерявая Тираж 294 Подписное ВНИИПИ Государственного комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж - 3 5 , Раушская наб д 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент», г Ужгород, ул Гагарина 10! Редактор М Товтин Заказ 323