УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
APPARATUS FOR MONITORING CHANGE IN PHYSICAL-MECHANICAL STATE OF ROCK MASS

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород.
Известно устройство [1], в котором весь контролируемый массив разделяют на характерные микрозоны, в каждой микрозоне вводится дифференциальный подсчет суммарной энергии акустических сигналов в количестве импульсов по каждому энергетическому уровню отдельно, и это значение является характерным числом для каждого уровня каждой микрозоны, по превышению которого выдается сигнал на блок индикации.
К недостаткам следует отнести низкую достоверность, т.к. количество импульсов является интегральной характеристикой, к тому же появление импульсов уже указывает на изменение физико-механического состояния массива горных пород, которое в этом случае почему-то не является признаком.
Известно устройство [2], в котором имеются основные блоки определения энергий, определения координат источников, анализатор спектра принятых сигналов, индикатор-регистратор. Вычисленные значения координат источника излучения и его энергии поступают на блок индикатор-регистратор. Сопоставляя для каждого события координаты источника и энергию с геолого-тектоническими и технологическими условиями отдельных участков массива горных пород, можно судить о степени устойчивости участка и всего контролируемого массива в целом.
К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, т.к. в устройстве не предусмотрено выделения сигнала из шума, в реальных же условиях сигналы сильно зашумлены различными электрическими и механическими помехами от механизмов, работающих в массиве горных пород.
Наиболее близким является устройство [3], в котором основные блоки, анализатор спектра, память, блок сравнения и индикатор соединены последовательно, а генератор импульсов соединен с одной стороны с излучателем, а с другой стороны с ключами через линии задержки.
К недостаткам следует отнести слабую чувствительность контроля и низкую достоверность, т.к. на выходе ключей кроме полезного сигнала присутствуют помехи в виде отдельных выбросов из-за неидентичности и несимметричности схем переключения, которые дают широкий спектр помех и являются мешающими при измерении спектров акустических импульсов.
Заявленное решение направлено на повышение достоверности контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород за счет улучшения отношения сигнал/шум.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для контроля изменения напряженного состояния массива горных пород дополнительно вводятся блок управления, блок коммутации и блок временной селекции, при этом вход блока управления соединен с синхронизирующим выходом генератора, а выходы с блоком управления и с управляющими входами блоков временной селекции, причем каждый вход последующего блока временной селекции соединен с выходом предыдущего и соответствующим входом блока коммутации, а вход первого блока временной селекции соединен с приемными преобразователями, в то время как выход блока коммутации соединен с выходом анализатора спектра, информационные входы каждого блока временной селекции соединены с входами усилителя и схемы выделения выбросов, выход усилителя соединен с информационным входом схемы временной селекции, выход которой соединен с выходом блока временной селекции, управляющий вход схемы временной селекции соединен с выходом формирователя импульсов, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока временной селекции, выход блока выделения импульсов соединен с первым входом формирователя импульсов.
На фиг.1, 2 представлена блок-схема устройства.
Устройство включает в себя приемные преобразователи 1, генератор импульсов 2, блок 3 управления, блок 4 коммутации, и блоки 5 временной селекции, включающие в себя усилитель 6, блок 7 выделения выбросов, формирователь 8 импульсов и схема 9 селекции, а также излучатель 10, анализатор спектра 12, блок 13 сравнения, индикатор 14, блок памяти 12.
Приемные преобразователи 1 соединены параллельно и подключены к информационному входу 1 первого блока временной селекции 5, информационный выход которого соединен с входом последующего блока 5 временной селекции. Каждый управляющий вход 2 блоков 5 временной селекции соединен с соответствующим выходом блока 3 управления. В блоке 5 временной селекции информационный вход 1 соединен с входами усилителя 6 и блока 7 выделения выбросов, выход усилителя 6 соединен с информационным входом схемы 9 селекции, выход которой соединен с выходом 3 блока 5 временной селекции, а управляющий вход схемы 9 селекции соединен с выходом формирователя 8 импульсов, второй вход которого соединен с управляющим входом 2 блока 5 временной селекции. Выход 3 первого блока 5 временной селекции соединен с входом 1 последующего блока 5 временной селекции и соответствующим входом блока 4 коммутаторов, выход которого соединен с индикатором 14 через анализатор 11 спектра и блок 12 памяти с блоком 13 сравнения.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 2 импульсов подает на излучатель 10 электрические импульсы, которые преобразуются в механические и распространяются в контролируемом массиве 15 горных пород. Излученные импульсы, прошедшие контролируемый массив 15 горных пород, содержащие информацию о физико-механическом состоянии, принимаются приемными преобразователями 1 и поступают в электрическом виде на вход блока 5 временной селекции. Приемные преобразователи 1 устанавливаются так, чтобы принятые сигналы были разнесены во времени. Каждый принятый сигнал от приемных преобразователей 1 поступает на вход первого блока 5 временной селекции со своим отношением сигнал/шум:
,
где S(ω) - полезный сигнал на входе первого блока 5,
А(ω) - аддитивная помеха на входе первого блока 5.
n
В блоке 5 временной селекции принятый сигнал усиливается усилителем 6 (фиг.2) и выделяется на временной оси с помощью схемы 9 временной селекции, добавляя в него выбросы коммутирующих элементов схемы 9 временной селекции (фиг.3) U, которая управляется блоком 7 выделения импульсов и блоком 8 формирования управляющего импульса, соединенного также с соответствующим выходом блока 3 управления. Полученный таким образом сигнал (фиг.3а) на выходе первого блока 5 имеет свое значение сигнал/шум:
где k - коэффициент усиления усилителя 6,
n - коэффициент режекции (затухания) схемы временной селекции 9.
После второго блока 5 временной селекции имеем сигнал, приведенный на фиг.3б. Каждый последующий блок 5 временной селекции с помощью схем 7 и 8 регулирует длительность импульсов управления схем 9 селекции таким образом, что временное окно каждой последующей схемы селекции меньше предыдущего по длительности на величину длительностей переднего и заднего выброса предыдущей схемы 9 селекции.
При использовании p таких блоков 5 временной селекции отношение сигнал/шум (фиг.3в) можно определить из выражения:
где p - количество блоков 5, включенных последовательно.
p
1
0
Причем N>N>N.
Таким образом, с помощью предложенного устройства можно улучшать отношение сигнал/шум в информационно-измерительных системах для получения более достоверных значений параметров контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород, что выгодно отличает предложенное устройство от ему подобных.
Литература
1. Авт. св. СССР №1382956, БИ №11, 1988.
2. Авт. св. СССР №1461926, БИ №8, 1989.
3. Авт. св. СССР №1645511, БИ №16, 1991.